Система управления двигателем (МСУД)

Особенности конструкции

Рисунок 9.10. Расположение элементов системы управления двигателем в подкапотном пространстве: 1 – датчик массового расхода воздуха; 2 – модуль зажигания; 3 – датчик положения коленчатого вала (на фото не виден, установлен около шкива коленчатого вала); 4 – форсунки; 5 – регулятор холостого хода; 6 – датчик температуры охлаждающей жидкости (на фото не виден, установлен в патрубке водяной рубашки головки блока цилиндров); 7 – датчик положения дроссельной заслонки; 8 – клапан продувки адсорбера; 9 – датчик детонации (на фото не виден, расположен с правой стороны блока цилиндров двигателя); 10 – датчик кислорода (на фото не виден, расположен на приемной трубе системы выпуска отработавших газов); 11 – контроллер (на фото не виден, расположен в салоне на перегородке щита передка); 12 – блок реле и предохранителей (на фото не виден, установлен вместе с контроллером); 13 – датчик скорости автомобиля (на фото не виден, установлен на раздаточной коробке); 14 – диагностический разъем (на фото не виден, установлен в салоне рядом с замком зажигания)

Двигатель автомобиля ВАЗ-2123 оборудован микропроцессорной системой управления (МСУД), т.е. системой распределенного впрыска топлива с обратной связью, которая объединяет неразрывно связанные между собой подсистемы питания (см. разд. 4 «Двигатель») и зажигания. Управляет обеими подсистемами в комплексе электронный блок управления (ЭБУ), получающий информацию о состоянии двигателя от датчиков, контролирующих различные рабочие параметры системы. Расположение датчиков показано на рисунке 9.10.

Распределенным впрыск называется потому, что для каждого цилиндра топливо впрыскивается отдельной форсункой. Система впрыска топлива позволяет снизить токсичность отработавших газов при улучшении ездовых качеств автомобиля. Установленная на автомобиле МСУД ВАЗ-2123-40 с контроллером Bosch MP7.OH (2123–1411020–10) обеспечивает нормы токсичности Евро II. В данной системе применен синхронный метод подачи топлива. Форсунки включаются попарно и поочередно: сначала форсунки 1-го и 4-го цилиндров, а через 180° поворота коленчатого вала – форсунки 2-го и 3-го цилиндров и т.д. Таким образом, каждая форсунка включается один раз за оборот коленчатого вала, т.е. два раза за полный рабочий цикл двигателя.

Для достижения норм токсичности Евро-IV на части автомобилей может быть применен метод фазированного впрыска. В этом случае на двигатель дополнительно установлен датчик фаз, определяющий момент конца такта сжатия в 1-м цилиндре, а топливо подается форсунками по цилиндрам в последовательности, соответствующей порядку зажигания в цилиндрах (1–3–4–2). Автомобили, обеспечивающие нормы токсичности Евро IV, в настоящее время на внутренний рынок не поставляются, поэтому система фазированного впрыска в данном издании не рассмотрена.

В данном подразделе описаны контроллер и датчики системы управления двигателем, а также модуль зажигания. Элементы подсистемы подачи топлива и воздуха, а также системы улавливания паров топлива описаны в разд. 4 «Двигатель», в подразделе «Система питания двигателя».

В системе зажигания не используются традиционные распределитель и катушка зажигания. Здесь применяется модуль зажигания, состоящий из двух катушек зажигания и управляющей электроники высокой энергии. Система зажигания не имеет подвижных деталей и поэтому не требует обслуживания. Она также не имеет регулировок (в том числе и угла опережения зажигания), так как управляет зажиганием контроллер.

В системе зажигания применяется метод распределения искры, называемый методом «холостой искры». Цилиндры двигателя объединены в пары 1–4 и 2–3, и искрообразование происходит одновременно в двух цилиндрах: в цилиндре, в котором заканчивается такт сжатия (рабочая искра), и в цилиндре, в котором происходит такт выпуска (холостая искра). В связи с постоянным направлением тока в обмотках катушек зажигания ток искрообразования у одной свечи всегда протекает с центрального электрода на боковой, а у второй – с бокового на центральный. Управляет зажиганием в системе контроллер.

Датчик положения коленчатого вала подает в контроллер опорный сигнал, на основе которого контроллер делает расчет последовательности срабатывания катушек в модуле зажигания. Для точного управления зажиганием контроллер использует следующую информацию:

– частота вращения коленчатого вала;

– нагрузка двигателя (массовый расход воздуха);

– температура охлаждающей жидкости;

– положение коленчатого вала;

– наличие детонации.

Более подробно система управления двигателем описана в специальном издании «Система управления двигателем ВАЗ-2123-40 с распределенным впрыском топлива под нормы токсичности ЕВРО II (контроллер МР7.0Н). Руководство по техническому обслуживанию и ремонту», подготовленном ОАО Научно-внедренческое предприятие «Инженерно-технический центр АвтоВАЗтехобслуживание» по заказу «ДжиЭм-АВТОВАЗ».

В данном издании рассмотрены следующие элементы системы управления двигателем.

1. Контроллер 11 (см. рисунок 9.10) (электронный блок управления), расположенный под панелью приборов с правой стороны, представляет собой управляющий центр системы впрыска топлива. Он непрерывно обрабатывает информацию от различных датчиков и управляет системами, влияющими на токсичность отработавших газов и на эксплуатационные показатели автомобиля.

В контроллер поступает следующая информация:

– о положении и частоте вращения коленчатого вала;

– о массовом расходе воздуха двигателем;

– о температуре охлаждающей жидкости;

– о положении дроссельной заслонки;

– о содержании кислорода в отработавших газах;

– о наличии детонации в двигателе;

– о напряжении в бортовой сети автомобиля;

– о скорости автомобиля;

– о положении распределительного вала (в системе с последовательным распределенным впрыском топлива);

– о запросе на включение кондиционера (если он установлен на автомобиле).

На основе полученной информации контроллер 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 (если он есть на автомобиле);

– системой диагностики.

Контроллер включает выходные цепи (форсунки, различные реле и т.д.) путем замыкания их на «массу» через выходные транзисторы контроллера. Единственное исключение – цепь реле топливного насоса. Только на обмотку этого реле контроллер подает напряжение +12 В.

Контроллер имеет встроенную систему диагностики. Он может распознавать неполадки в работе системы, предупреждая о них водителя через контрольную лампу «CHECK ENGINE». Кроме того, он хранит диагностические коды, указывающие области неисправности, чтобы помочь специалистам в проведении ремонта. В контроллере имеется три вида памяти: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), однократно программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) и электрически программируемое запоминающее устройство (ЭПЗУ).

Оперативное запоминающее устройство – это «блокнот» контроллера. Микропроцессор контроллера использует его для временного хранения измеряемых параметров, для расчетов и для 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.

Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ). В ППЗУ находится общая программа, в которой содержится последовательность рабочих команд (алгоритмы управления) и различная калибровочная информация. Эта информация представляет собой данные управления впрыском, зажиганием, холостым ходом и т.п., которые зависят от массы автомобиля, типа и мощности двигателя, от передаточных отношений трансмиссии и других факторов. ППЗУ называют еще запоминающим устройством калибровок.

Рисунок 9.11. Контроллер: 1 – программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ)

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. ППЗУ устанавливается в панельке на плате 1 контроллера (рисунок 9.11) и может выниматься из контроллера и заменяться.

ППЗУ индивидуально для каждой комплектации автомобиля, хотя на разных моделях автомобилей может быть применен один и тот же унифицированный контроллер. Поэтому при замене ППЗУ важно установить правильный номер модели и комплектации автомобиля. А при замене дефектного контроллера необходимо оставлять прежнее ППЗУ (если оно исправно).

Электрически программируемое запоминающее устройство используется для временного хранения кодов-паролей противоугонной системы автомобиля (иммобилизатора). Коды-пароли, принимаемые контроллером от блока управления иммобилизатором (если он имеется на автомобиле), сравниваются с кодами, хранимыми в ЭПЗУ, и при этом разрешается или запрещается пуск двигателя. Эта память энергонезависима и может храниться без подачи питания на контроллер.

2. Датчик температуры охлаждающей жидкости представляет собой термистор (резистор, сопротивление которого изменяется от температуры). Датчик завернут в выпускной патрубок охлаждающей жидкости на головке цилиндров. При низкой температуре датчик имеет высокое сопротивление (при –40 °С – 100 кОм), а при высокой температуре – низкое (при 100 °С – 177 Ом).

Температуру охлаждающей жидкости контроллер рассчитывает по падению напряжения на датчике. Падение напряжения высокое на холодном двигателе и низкое на прогретом.

Температура охлаждающей жидкости влияет на большинство характеристик, которыми управляет контроллер.

3. Датчик детонации прикреплен к верхней части блока цилиндров и улавливает аномальные вибрации (детонационные удары) в двигателе. Чувствительным элементом датчика является пьезокристаллическая пластинка. При детонации на выходе датчика генерируются импульсы напряжения, которые увеличиваются с возрастанием интенсивности детонационных ударов. Контроллер по сигналу датчика регулирует опережение зажигания для устранения детонационных вспышек топлива.

4. Датчик массового расхода воздуха расположен между воздушным фильтром и левой частью воздухоподающего патрубка. В нем находятся температурные датчики и нагревательный резистор. Проходящий воздух охлаждает один из датчиков, а электронная схема датчика преобразует эту разность температур в выходной сигнал для электронного блока управления.

В разных вариантах систем впрыска топлива могут применяться датчики массового расхода воздуха двух типов. Они отличаются по устройству и по характеру выдаваемого сигнала, который может быть частотным или аналоговым. В первом случае в зависимости от расхода воздуха меняется частота сигнала, а во втором случае – напряжение.

ЭБУ использует информацию от датчика массового расхода воздуха для определения длительности импульса открытия форсунок.

5. Датчик скорости автомобиля установлен на раздаточной коробке между приводом спидометра и наконечником гибкого вала привода спидометра. Принцип действия датчика основан на эффекте Холла. Датчик выдает на контроллер прямоугольные импульсы напряжения с частотой, пропорциональной скорости вращения ведущих колес.

6. Датчик положения дроссельной заслонки установлен сбоку на дроссельном узле и связан с осью дроссельной заслонки.

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 контроллеру. Когда дроссельная заслонка поворачивается (от воздействия на педаль управления), изменяется напряжение на выходе датчика. При закрытой дроссельной заслонке оно ниже 0,7 В. Когда заслонка открывается, напряжение на выходе датчика растет и при полностью открытой заслонке должно быть более 4 В.

Отслеживая выходное напряжение датчика, контроллер корректирует подачу топлива в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки (т.е. по желанию водителя). Датчик положения дроссельной заслонки не требует никакой регулировки, так как контроллер воспринимает холостой ход (т.е. полное закрытие дроссельной заслонки) как нулевую отметку.

7. Датчик положения коленчатого вала – индуктивного типа, предназначен для синхронизации работы контроллера с верхней мертвой точкой поршней 1-го и 4-го цилиндров и угловым положением коленчатого вала.

Датчик установлен на крышке привода газораспределительного механизма напротив задающего диска на шкиве коленчатого вала. Задающий диск представляет собой зубчатое колесо с 58 равноудаленными (6°) впадинами. При таком шаге на диске помещается 60 зубьев, но два зуба срезаны для создания импульса синхронизации («опорного» импульса), который необходим для согласования работы контроллера с ВМТ поршней в 1-м и 4-м цилиндрах.

При вращении коленчатого вала зубья изменяют магнитное поле датчика, наводя импульсы напряжения переменного тока. Установочный зазор между сердечником датчика и зубом диска должен находиться в пределах (1±0,2) мм.

Контроллер по сигналам датчика определяет частоту вращения коленчатого вала и выдает импульсы на форсунки.

8. Датчик концентрации кислорода (лямбда-зонд) установлен на приемной трубе системы выпуска отработавших газов. Кислород, содержащийся в отработавших газах, реагирует с датчиком кислорода, создавая разность потенциалов на выходе датчика. Она изменяется приблизительно от 0,1 В (высокое содержание кислорода – бедная смесь) до 0,9 В (мало кислорода – богатая смесь)

Для нормальной работы датчик должен иметь температуру не ниже 360 °С. Поэтому для быстрого прогрева после пуска двигателя в датчик встроен нагревательный элемент.

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 дается команда на обогащение смеси. Если смесь богатая (высокая разность потенциалов), дается команда на обеднение смеси.

ВНИМАНИЕ 1. Прежде чем снимать любые узлы системы управления впрыском, отсоедините провод от клеммы «–» 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 электронный блок управления (ЭБУ) температуре выше 65 °С в рабочем состоянии и выше 80 °С в нерабочем (например, в сушильной камере). Надо снимать ЭБУ с автомобиля, если эта температура будет превышена. 6. Не отсоединяйте от ЭБУ и не присоединяйте к нему разъемы жгута проводов при включенном зажигании. 7. Перед выполнением электродуговой сварки на автомобиле отсоединяйте провода от аккумуляторной батареи и разъемы проводов от ЭБУ. 8. Все измерения напряжения выполняйте цифровым вольтметром с внутренним сопротивлением не менее 10 МОм. 9. Электронные узлы, применяемые в системе впрыска, рассчитаны на очень малое напряжение и поэтому легко могут быть повреждены электростатическим разрядом. Чтобы не допустить повреждений ЭБУ электростатическим разрядом: – не прикасайтесь руками к штекерам ЭБУ или к электронным компонентам на его платах; – при работе с ППЗУ блока управления не дотрагивайтесь до выводов микросхемы.