Функции электронного управления системами автомобиля с бензиновым двигателем.

На современных автомобилях компьютерные системы управления рабочими процессами двигателей применяются для повышения топливной экономичности, динамических качеств автомобилей, обеспечения экологической безопасности в соответствие с действующими нормами.

Регулирование режимов работы и управление функциональными системами обеспечивается с помощью электронных блоков-модулей (контроллеров).

Назначение компьютерного управления заключается в формировании количественного и качественного состава рабочей смеси, а также в определении момента подачи топлива в цилиндры и искры на свечи зажигания с учетом режимов работы двигателя и состава отработавших газов. С помощью датчиков компьютерной системы определяются показатели режимов работы двигателя и автомобиля (количество поступающего в цилиндры воздуха, положение дроссельной заслонки, температура воздуха во впускном трубопроводе, температура охлаждающей жидкости двигателя, частота вращения коленчатого вала и др.), которые преобразуются в электрический сигнал и передаются в электронный блок управления (ЭБУ). В соответствии с заложенной программой ЭБУ обрабатывает полученные сигналы и выдает команды исполнительным устройствам (форсунки, регулятор холостого хода, реле включения вентилятора, свечи зажигания и др.).

Современные электронные системы имеют наиболее полный подбор модулей, образующих систему (сеть) электронного (компьютерного) управления работой автомобиля.

В зависимости от марки, модели, комплектации автомобиля число и назначение основных и вспомогательных модулей может существенно меняться.

Сеть электронного управления работой автомобиля может включать:

модуль управления функциями двигателя (ЭБУ);

центральный электронный модуль, имеющий множество функций и осуществляющий координацию диагностических функций модулей, аккумулирующий информацию об отказах;

модуль электронного управления дроссельной заслонкой;

модуль управления автоматической коробкой передач;

контроллер антиблокировочной тормозной системы и системы стабилизации, управляющий функциями тормозной системы;

модуль переключателя освещения, управляющий освещением и осуществляющий последовательный обмен данными с центральным электронным модулем;

модуль управления устройствами рулевого колеса;

модуль управления устройствами двери водителя;

модуль управления устройствами дверей пассажиров;

модуль управления устройствами электропривода сиденья водителя;

модуль управления функциями системы микроклимата салона;

модуль управления радиоприемником, звуковоспроизводящим оборудованием;

 модуль управления функциями автомобильного телефона;

модуль управления функциями люка в крыше;

задний электронный модуль, управляющий электрическими устройствами в задней части автомобиля;

модуль информации для водителя, управляющий функциями комбинации приборов;

модуль дорожной информации;

модуль системы безопасности, управляющий надувными подушками безопасности;

верхний электронный модуль, управляющий электрическими устройствами в верхней части кузова;

модуль управления сигнализацией, управляющий сиреной охранной сигнализации, осуществляющий последовательный обмен данными с верхним электронным модулем;

 

 Основой электронного управления системами автомобиля является компьютерная система управления двигателем.

 

Система управления бензиновым двигателем.

Система управления двигателем состоит из подсистемы управления распределенной подачей топлива (впрыском топлива) и подсистемы управления зажиганием. Обе подсистемы управляются электронным блоком управления (ЭБУ) и обеспечивают работоспособность двигателя.

Как сложная трехэлементная система (элементы обеспечения информацией — датчики; элементы получения информации, обработки ее и выработки управляющих сигналов — электронные блоки (контроллеры, модули); элементы реализации управляющего сигнала — исполнительные механизмы) компьютерная система управления двигателем использует большое число основных и дополнительных датчиков, сложную систему (сеть) электронных модулей и исполнительных механизмов.

Работа современной системы управления двигателем осуществляется в следующем порядке.

С помощью электрического топливного насоса, расположенного, как правило, в топливном баке, бензин, проходя топливный фильтр, поступает в рампу форсунок, откуда подается в цилиндры при электрическом управлении открытием соответствующих форсунок. Давление подаваемого топлива регулируется клапаном регулятора давления и равно 0,285...0,325 МПа. Количество подаваемого в цилиндры топлива зависит от времени открытия электрических клапанов форсунок и строго соответствует количеству поступающего во впускной трубопровод двигателя воздуха, измеряемого датчиком массового расхода воздуха и корректируемого в соответствии с сигналами от датчиков положения дроссельной заслонки и температуры воздуха. Электронный блок управления в соответствии со специальной программой обрабатывает все поступающие в него данные и контролирует включение электрического бензонасоса, вентилятора системы охлаждения двигателя, кондиционера, компрессора турбонаддува и в соответствии с режимами работы двигателя и автомобиля обеспечивает впрыск топлива форсунками, поддерживая заданный состав топливно-воздушной смеси (отношение количества топлива к воздуху равно 1 к 14,7).

Моменты подачи топлива и искры на свечи зажигания, выдаваемые ЭБУ в качестве исполнительных команд на топливные форсунки и катушки зажигания, зависят от входящих в ЭБУ сигналов датчиков синхронизации, фазы, температуры охлаждающей жидкости двигателя, детонации и содержания кислорода в отработавших газах (ƛ(лямбда)-зонда).

В силу сложности компьютерных систем их отказы трудно диагностировать обычными методами, а их последствия (прекращение транспортного процесса, увеличение расхода топлива и токсичности отработавших газов) трудно устранять.

Наиболее часто отказывающими элементами системы управления работой бензиновых двигателей являются:

электрические цепи — окисление контактов и обрыв проводов (35 %),

топливный насос (22 %),

клапан холостого хода (10%),

элементы системы зажигания (9%),

форсунки (8 %),

датчик кислорода (7 %),

датчики и реле (6 %),

электронный блок управления (3 %).

 

Система впрыска.

Топливные системы с впрыском бензинового топлива классифицируются по различным признакам.

1.По месту привода топлива:

центральный одноточечный (моно-) впрыск с единственной механической или электромагнитной форсункой, расположенной во впускном коллекторе;

распределенный впрыск с числом форсунок, соответствующим числу цилиндров, расположенных во впускном коллекторе перед впускными клапанами;

непосредственный впрыск в цилиндры

2.По способу подачи топлива: непрерывный и прерывистый впрыск.

3.По типу узлов, дозирующих топливо (плунжерные насосы, распределители, форсунки, регуляторы давления и т.д.).

4.По способу регулирования количества смеси: пневматическое, механическое, электронное.

5.По основным параметрам регулирования состава смеси: разрежению во впускной системе, углу поворота дроссельной заслонки, расходу воздуха.

 

Применение систем впрыска позволяет добиться следующих преимуществ:

обеспечить оптимальное смесеобразование на всех режимах;

повысить мощность двигателя;

уменьшить расход топлива;

уменьшить объем выброса вредных веществ;

облегчить пуск холодного двигателя и др.

К недостаткам систем впрыска следует отнести усложнение конструкции автомобиля, повышение его стоимости, повышение требований к бензину (чистота, октановое число), сложность в обслуживании (необходимость применения специального оборудования).

В настоящее время системы впрыска оснащаются отдельным ЭБУ, функции которого заключаются в обработке информации, поступающей с различных датчиков, управлении исполнительными механизмами, системой зажигания (в современных двигателях системы впрыска топлива и зажигания перестают быть независимыми и становятся компонентами все более усложняющихся интегральных систем управления работой двигателя) и обеспечении требуемых характеристик подачи топлива на различных режимах работы двигателя.

Наиболее эффективными по характеристике расхода топлива и экологическим показателям, а значит и наиболее перспективными, являются двигатели с электронным (компьютерным) управлением распределенным впрыском топлива. Однако характеристика работы большой группы деталей и элементов, формирующих топливную систему с впрыском, повышенные требования к качеству топлива и регулировкам — все это определяет значительный перечень признаков неисправностей системы.

Повышение надежности элементов компьютерной системы, а также предупреждение отказов и неисправностей достигается использованием функций электронного обеспечения работы двигателя, которое позволяет не только оптимально управлять рабочими процессами впрыска, но также осуществлять диагностирование технического состояния как подключением внешнего диагностического оборудования, так и использованием встроенных функций самодиагностики.

При встроенной диагностике ЭБУ фиксирует отклонения рабочих параметров в управлении работой двигателя и регистрирует их в виде кодов неисправностей, сигнализируя при движении автомобиля или при ТО и ремонте об отклонении параметров технического состояния от установленных норм.

Предупреждения о неисправностях в компьютерной системе отображаются загоранием специальной лампы диагностики с рисунком двигателя или надписью «проверь двигатель» {«check engine»).

При использовании специальной технологии контроля, разрабатываемой производителем автомобилей, коды неисправностей считываются с помощью диагностической лампы или специального диагностического сканера (тестера), подсоединяемого к диагностическому разъему.

Результаты диагностирования системы впрыска являются основными при определении комплекса операций ТО и TP топливной системы, что связано с высокой технологической сложностью и стоимостью монтажно-демонтажных, разборочно-сборочных и регулировочных работ системы впрыска, а также с нецелесообразностью частых разборок сопряженных соединений.

Современные системы впрыска оснащены встроенной диагностической системой со следующими функциями: самодиагностикой, функциональными и контрольными испытаниями. Распознавание неисправности происходит путем непрерывного циклового процесса сравнения показателей датчиков и систем на любых режимах работы с заложенными в блоке управления матрицами рабочих значений данных параметров (частота цикла на автомобилях различных производителей может отличаться). Несоответствие полученного рабочего значения требуемому для заданного режима работы распознается как неисправность, о чем водитель информируется характерным сигналом на рабочей панели автомобиля. Появление сигнала (сигналов) говорит о необходимости оперативного считывания и распознавания характера неисправности или отказа элемента автомобиля с использованием средств внутреннего диагностирования (если они предусмотрены в конструкции автомобиля), либо через подключение внешнего диагностического оборудования.

Доступ к диагностической системе осуществляется через гнездо разъем) на диагностическом блоке при включенном зажигании.

Самодиагностика предназначена для оперативного считывания нформации о неисправностях и отказах, накопленных в процессе текущей эксплуатации автомобиля. Для накопления информации о неисправностях используется встроенный диагностический блок управления, который способен запоминать 3...4 неисправности одновременно (общее число неисправностей, которые могут быть обнаружены, составляет 13...15). Функция самодиагностики заложена в электронный блок управления работой двигателя, через который посредством внутрисистемного информационного обмена она может быть применена и для других систем штатного электронного контроля работы автомобиля (автоматическая коробка передач, антиблокировочная система тормозов, противобуксовочная система ведущих колес и система стабилизации движения автомобиля, климат-контроль и т.д.). Коды неисправностей запоминаются при обнаружении сигнала неисправности. Сигнал может незамедлительно отображаться при нажатии испытательной кнопки на диагностическом блоке.

Блок управления снабжен памятью для запоминания кода неисправности и адаптивной программой, которая способна сохранять информацию в течение по меньшей мере 10 мин после прекращения подачи электроэнергии.

Функциональное испытание предназначено для диагностирования системы в режиме имитирования последовательного выхода из строя функциональных элементов, обеспечивающих правильную работу системы впрыска (например, датчика положения дроссельной заслонки, после того, как он выйдет из положения холостого хода или из положения «работы при полной нагрузке»; блока электронного управления системой зажигания; блока управления автоматической коробкой передач).

Контрольное испытание позволяет проверить работоспособность элементов системы впрыска как до, так и после функционального испытания средствами внутреннего диагностирования.

Режим функционального и контрольного испытания включается после комбинации кратковременных нажатий испытательной кнопки диагностического блока внутри автомобиля.

 Для поиска неисправностей в системах впрыска топлива в ряде случаев требуется подсоединение специального измерительного блока — диагностического ключа, позволяющего определить место (в проводке, разъемах или самих компонентах, на которых замеры на разъемах блока управления невозможно сделать) и характер неисправности. Диагностический ключ подсоединяется к диагностическому блоку. Считывание и запись кодов неисправностей, обнаруженных в топливной системе, производится при включенном зажигании и с соблюдением необходимых мер, определяющих технологию диагностирования с использованием диагностического ключа. Распознавание и устранение неисправностей производится в соответствии с таблицей кодов неисправностей. Для каждой серии автомобилей производителями автомобилей могут предлагаться принципиально отличающиеся таблицы. Использование диагностического ключа не требует высокой квалификации оператора, так как основным его назначением является распознавание и запись неисправностей, возникших в процессе текущей эксплуатации автомобиля. Поэтому в роли оператора может выступать водитель или владелец транспортного средства.

Для проведения диагностирования необходимо выполнить ряд подготовительных операций, целью которых является привести систему в требуемое для начала диагностирования техническое состояние. Для этого необходимо проверить следующие элементы: систему подачи воздуха (рекомендуется снять регулятор холостого хода, промыть его составом для прочистки карбюраторов и смазать); датчик положения дроссельной заслонки (необходимо убедиться в том, что диск потенциометра чистый); ограничитель хода дроссельной заслонки (возможно, его положение было нарушено, в результате чего выходное напряжение датчика положения дроссельной заслонки вышло за пределы нормы); трос привода дроссельной заслонки (необходимо удостовериться, что привод правильно отрегулирован и имеет требуемый свободный ход); ход рычагов и тяг привода дроссельной заслонки (они должны двигаться свободно и без заедания); ряд других элементов в зависимости от сложности системы.

Далее производится диагностирование путем проверки работоспособности элементов системы и считывания данных из диагностической системы о неисправностях, отказах и другой информации.

Чаще всего выявление неисправности в конкретном элементе современной системы впрыска с полностью электронным управлением говорит о необходимости дорогостоящего ремонта этого элемента или его замены. Однако прежде чем принимать решение с замене дорогостоящей запасной части, следует уточнить диагноз.

Одной из наиболее частых неполадок может быть понижение оборотов двигателя на холостом ходу, сопровождающееся загоранием контрольной лампы на панели самодиагностики и высвечиванием кода неисправности, который указывает на неисправность потенциометра дроссельной заслонки. Обычно в этом случае потенциометр рекомендуется заменить.

Потенциометр является устройством, напряжение которого находится в прямой зависимости от угла открытия дроссельной заслонки и изменяется от 0,5 до 4,5 В. При перемещении дроссельной заслонки напряжение должно возрастать плавно. Важно удостовериться, что выходное напряжение находится в требуемых пределах.

Потенциометр проверяют при включенном зажигании с помощью очень чувствительного вольтметра, поскольку достаточно малейшего отклонения выходного напряжения потенциометра от нормы, чтобы произошли нарушения в работе системы впрыска Поэтому обычные тестеры в данном случае непригодны. Лучше всего использовать для этого осциллограф, так как он увереннее воспринимает любые электрические сигналы, включая наведенные. Наведенные электрические сигналы могут имитировать неисправности, даже в том случае, если выходное напряжение соответствует требуемому значению. Шумовой сигнал воспринимается ЭБУ как сигнал потенциометра, что может приводить к нарушению работы регулятора холостого хода. Побочным эффектом этого может стать увеличение расхода топлива.

В большинстве современных систем впрыска выходное напряжение потенциометра дроссельной заслонки используется в качестве сигнала о предстоящем ускорении автомобиля. Поэтому ещё одним признаком неисправности потенциометра является избыточная подача топлива.

Особенностью отказа потенциометра является то, что его невозможно вернуть в рабочее состояние путем очистки или ремонта. Почти всегда это герметичное неразборное устройство, поэтому, если оно действительно неисправно, его можно только заменить.

Другой неисправностью современной системы впрыска, является неустойчивая работа двигателя при холодном пуске, иногда сопровождающаяся обратными хлопками во впускной коллектор. Чаще всего это является следствием обеднения смеси, вызванным ошибками в программном обеспечении ЭБУ. Это может означать как его выход из строя, так и неисправность одной или нескольких форсунок.

Чтобы проверить форсунки необходимо их снять, очистить и убедиться в их исправности. Для такой проверки требуется специальное оборудование. Если проверка показывает, что форсунки исправны, следует проверить программу ЭБУ, так как его ремонт обходится чаще всего дешевле, чем покупка нового. Вместе с проверкой ЭБУ необходимо проверить отсутствие подсоса воздуха в систему впрыска, что может вызвать обеднение смеси. Обычно подобные неисправности проявляются при значительном суммарном пробеге автомобиля, когда двигатель начинает «стареть». Этому способствуют образование нагара на клапанах и общий износ двигателя.

Современные автомобили чаще всего оснащены каталитическими нейтрализаторами и имеют систему ограничения вредных выбросов с обратной связью от ƛ-зонда. Если состав выхлопных газов не соответствует норме (топливная смесь слишком бедная или богатая), то прежде чем проверять на работоспособность ƛ-зонд, необходимо проверить выходное напряжение датчика абсолютного давления.

Считывание может осуществляться с помощью тестера (мотор-тестера, автотестера, сканера), подключенного к диагностическому разъему (расположение диагностического разъема различными производителями определяется по-разному, например перед селектором коробки передач в салоне водителя. При подключении диагностического сканера (тестера) более полно определяется техническое состояние компьютерной системы (коды и их описание), при этом имеется возможность выполнить корректировки по составу топливно-воздушной смеси, углу опережения зажигания и др. Система управления двигателем может иметь 65...135 кодов неисправностей для диагностики. Каждый код неисправности может дать информацию о том, вызвана ли неисправность обрывом, коротким замыканием на электропитание (+) или коротким замыканием на «массу». Это дает в общей сложности 195...405 различных кодов неисправностей. 

Применение внешнего диагностического оборудования позволяет на более высоком качественном уровне выполнять в штатном режиме функциональные и контрольные испытания при диагностировании.

 

Система зажигания.

Система зажигания за последние 15...20 лет претерпела заметную эволюцию: от классической контактной до полностью бесконтактной системы с электронным управлениек всеми функциями.

Развитие системы зажигания определено стремлением добиться оптимизации ряда показателей и характеристик таких как: исключение контактных элементов в цепи системы в целях избежания искрения; минимизация и исключение потерь напряжения в цепи высокого напряжения системы; исключение магнитных колебаний в цепях элекгрооборудования; максимальный контроль за основными показателями системы зажигания на всех режимах работы двигателя: силой пробивного напряжения на электродах свечи, продолжительностью горения искры, регулированием опережения зажигания; максимальная доступность для диагностирования и ремон топригодность; максимальная защита от несанкционированного (процедурно не соблюденного) включения; другие.

Контактная или классическая батарейная система зажигания характеризуется наличием в ее цепи таких элементов, как контактный прерыватель, распределитель (роторного типа), одна (две) трехклеммовая катушка зажигания и т.д. Главными недостатками контактной системы зажигания являются: большой ток, проходящий через прерыватель и вызывающий электроэрозионный износ контактов; искрящиеся высоковольтные контакты в распределителе. Эти недостатки в первую очередь уменьшают срок службы и снижают надежность всей системы зажигания. При увеличении степени сжатия, использовании более бедных рабочих смесей, увеличении частоты вращения коленчатых валов и числа цилиндров контактная система зажигания не обеспечивает решения задач и возросших требований к системе. Поэтому в свое время возникла необходимость применения транзисторных (электронных) систем зажигания.

Функциональное отличие контактно-транзисторной системы зажигания от контактной заключается в том, что в контактно-транзисторной системе зажигания через контакты прерывателя проходят только управляющие импульсы тока (силой около 0,5 А). К первичной цепи катушки зажигания контакты прерывателя не относятся. В цепи контактно-транзисторной системы предусмотрен коммутатор, который позволяет добиться бесконтактного размыкания и замыкания первичной цепи. В ряде случаев коммутатор производится в одном корпусе (блоке) с катушкой зажигания, который монтируется на кронштейне в моторном отсеке. Выполненная в форме блока конструкция позволяет предупредить интерференцию от электромагнитных помех.

Основные особенности контактных систем зажигания при использовании дополнительных электронных блоков: малый ток, протекающий через контакты прерывателя (номинальная сила тока не более 0,3 А); более высокое вторичное напряжение; устройства могут включать в себя электронный октан-корректор (ЭОК); возможность, в случае необходимости, перейти к обычной контактной системе зажигания. Таким образом, электронные блоки в контактных системах зажигания значительно улучшают их характеристики, т.е.: не обгорают контакты прерывателя, так как в несколько раз снижаются протекающие через них токи, делая их только управляющими работой электронного коммутатора (поэтому контакты не обгорают и не требуют частого обслуживания); позволяют существенно увеличить напряжение на свечах, в результате чего допускается некоторое увеличение зазора между электродами свечи; позволяют при затрудненном пуске или в случае пониженного октанового числа, воспользовавшись электронным октан-корректором, непосредственно с места водителя изменить угол опережения зажигания; при пуске или с целью очистки контактов прерывателя можно простым переключением перейти к обычной контактной системе зажигания.

Контактные системы зажигания с дополнительными электронными блоками имеют и недостатки: понижение энергии искры, число элементов системы доходит до 85, что снижает надежность системы зажигания.

Среди основных преимуществ бесконтактных систем зажигания относительно контактных следует выделить следующие.

Контакты прерывателя не обгорают (как при контактной системе) и не загрязняются (как при контактно-транзисторной системе зажигания).

Нет необходимости длительное время устанавливать момент зажигания, не контролируется и не регулируется угол замкнутого (разомкнутого) состояния контактов, в силу их конструктивного отсутствия. В результате двигатель не теряет мощности.

Так как отсутствует размыкание контактов кулачком и нет биения и вибрации ротора распределителя — не нарушается paвномерность распределения искры по цилиндрам, что обеспечивает большую равномерность работы двигателя и, как следствие экономичность и меньшую токсичность.

Современные (бесконтактные) системы зажигания управляются, как и система впрыска, отдельным ЭБУ (контроллером), который для выработки полнофункционального управляющего сигнала должен получать информацию от следующих элементов:

с датчика частоты вращения (положения) коленчатого вал двигателя;

с датчика положения распределительного вала, который подает на блок управления информацию, необходимую для расчет правильной установки зажигания;

с датчика(ов) детонации;

с блока управления автоматической коробки передач, для указания величины снижения крутящего момента при переключении передачи (связь с блоком управления автоматической коробкой передач обеспечивает возможность снижения угла опережения зажигания при переключении передачи);

с блока управления системой впрыска с указанием положения дроссельной заслонки, нагрузки двигателя, температуры охлаждающей жидкости;

со спидометра.

 

В свою очередь, электронный блок системы зажигания ynpaвляет следующими компонентами:

коммутатором и катушкой зажигания;

реле кондиционера воздуха для временного отключения компрессора кондиционера;

вентилятором системы охлаждения с помощью реле вентилятора;

функцией предупреждения о составе выхлопных газов и др.

Одновременно блок управления системой зажигания выдает информацию на диагностический блок для поиска неисправностей.

 

Диагностирование электронной системы зажигания производится аналогично технологии диагностирования системы впрыска.

Распознавание неисправностей осуществляется в соответствии с кодами.

Чаще всего выявление неисправности начинается с проверки исправности электрической проводки. Проверяется состояние проводов свечей, которые могут быть протерты или иметь порезы. Проводя проверку системы зажигания, необходимо соблюдать меры безопасности, помня о том, что при запущенном двигателе напряжение в высоковольтной части системы достигает нескольких десятков тысяч вольт. Неосторожность может привести к получению травмы или (и) к выходу из строя электрооборудования.

Следующим этапом подготовки к диагностике является проверка с использованием руководства по ремонту данной системы и при необходимости регулировка величины зазора искрового промежутка. Далее, после выполнения всех подготовительных работ производится непосредственно диагностирование электронной системы зажигания в соответствии с методикой, принятой для данного диагностического оборудования.

Все работы по выявлению и устранению неисправностей электронных систем автомобиля выполняют специально подготовленным персоналом на диагностических постах. Посты оснащаются комплектом приборов и приспособлений.

Для двигателя ВАЗ-21102 данный комплект включает: пробник электричес¬кий, специальный тестер, осциллограф-мультиметр, перемычку, разрядник, пробник для цепи форсунок, топливный манометр, прибор для проверки форсунок, вакуумный насос, съемник высоковольтных проводов, набор адаптеров, манометр для измерения давления в системе выпуска. Восстановление технического состояния системы управления работой двигателя проводится по разработанным производителем автомобилей алгоритмам (диагностическим картам) для каждого кода неисправности.