Book: Автомобиль Chevrolet Niva



Автомобиль Chevrolet Niva

Aftersales Training

Автомобиль Chevrolet Niva

(Шевроле Нива)

Методическое пособие курса повышения

квалификации по устройству и диагностике

электронных систем управления двигателем

(Handout)


CHEVROLET NIVA

Т О Л Ь Я Т Т И

2003

Электронный блок управления (ЭБУ или Контроллер)

Назначение

Электронный блок управления (ЭБУ или контроллер) является вычислительным и коммутационным

центром системы управления двигателем, основной его частью является микропроцессор, именно он выполняет

вычисления и выдаёт управляющие команды. Из входных сигналов, подаваемых датчиками, блок при помощи

запрограммированных функций и алгоритмов (расчётные способы) рассчитывает управляющие сигналы для

исполнительных элементов (например, катушки зажигания, форсунки и т.д.) и непосредственно коммутирует их

с помощью выходных каскадов (рис. 1), но для этого ему необходимо обеспечение. Например, микропроцессор

не хранит информацию. Т.е. должен иметь устройство хранения информации, называемое памятью. Для

различных целей применяются различные виды памяти. Ещё он нуждается в интерфейсе для передачи входящей

и исходящей информации. Интерфейс играет двойную роль. Первая - защита микропроцессора от высокого

напряжения в силовых цепях, другая интерпретация входящих и выходящих сигналов. Если микропроцессор

получает аналоговый сигнал, интерфейс входа преобразует его в бинарный код для микропроцессора. Если

микропроцессор также управляет электрическим устройством, который понимает аналоговый сигнал, то

интерфейс выхода переводит цифровой язык в аналоговый сигнал на выходе (аналого-цифровой

преобразователь - АЦП).

Механическая конструкция

Блок управления находится в металлическом корпусе, который содержит печатную плату с

электронными компонентами. Датчики, исполнительные элементы и питание подключаются к блоку управления

многополюсным штекерным разъемом. Он имеет в зависимости от типа, соответствующего различному объёму

функций, 35, 55, или 88 контактов. Мощные компоненты для прямого управления исполнительными элементами

монтируются на радиаторы в блоке управления. Из-за выделяющегося и подлежащего отводу тепла этих

электронных компонентов необходим хороший теплопроводящий контакт с кузовом.

Условия окружающей среды

Блок управления должен удовлетворять высоким требованиям относительно температуры окружающей

среды, влажности и механических нагрузок. Такие же высокие требования предъявляются к электромагнитной

помехоустойчивости и ограничению излучения высокочастотных сигналов. Блок управления должен

безошибочно обрабатывать сигналы в нормальной эксплуатации при температуре окружающей среды от -30°С

до +60°С и напряжении батареи от 6В (при пуске) до 15В

Ввод сигнала

Входные сигналы передаются в блок управления в различной форме. Они проходят через защитные цепи

и при необходимости, через преобразователи и усилители. Микропроцессор производит прямую обработку этих

цифровых сигналов.

Аналоговые сигналы (например информация о количестве поступающего воздуха, положении

дроссельной заслонки, температуре двигателя и воздуха на впуске, напряжении батареи, Лямбда-зонда и др.)

преобразуются аналого-цифровым преобразователем (АЦП) в микропроцессоре в цифровые сигналы (рис.№ )

Сигнал индуктивного датчика с информацией о частоте вращения и опорной метке обрабатывается

компаратором, чтобы подавить импульсные помехи.

Напряжение не протекает через проводник в электрических цепях. Напряжение (ЭДС) вызывает

электрический ток. Электрическим током является поток электрически заряженных частиц, которые

возбуждают соленоид, управляют реле, зажигают лампы. Кроме этого напряжение может использоваться, как

сигнал. Сигналы напряжения могут посылать информацию за счет использования изменения уровня, изменения

формы колебания (высоты), или изменением скорости с которой сигнал переключается с одного уровня на

другой. Микропроцессоры используют сигналы напряжения для связи с другими устройствами и для связи друг

с другом. Различные части внутри самого микропроцессора также используют сигналы напряжения для

взаимодействия друг с другом.

Имеется два вида сигналов напряжения: аналоговые и цифровые. Оба из них используются в;

компьютерных системах. Важно понять различие между ними и в способах их применения. Аналоговый сигнал

является постоянно изменяемым. Это означает, что сигнал может быть любого напряжения в пределах

определенного диапазона. Аналоговый сигнал обычно дает информацию об условиях, которые изменяются в

пределах определённого диапазона, например, в системе управления автомобильным: двигателем, информация о

температуре обычно предоставляется при помощи аналогового сигнала; Другим примером аналогового сигнала

является напряжение на выходе датчика положения дроссельной заслонки.


2

Цифровые сигналы являются также изменяемыми, но не постоянными, Они могут быть представлены

только определенным напряжением. Например: 1 вольт, 2 вольта, 3 вольта - разрешены, а 1.27 или 2.65 вольт -

не разрешены. Цифровые сигналы особенно успешно используются, если информация относится к двум

условиям: да или нет, вкл. или выкл., высокий или низкий. Это можно назвать бинарным цифровым сигналом

Бинарный цифровой сигнал ограничен по двум уровням напряжения; Один уровень является

положительным напряжением, а другой не имеет напряжения (напряжение равно нулю). Как вы можете видеть

на рисунке, цифровой бинарный сигнал представлен как прямоугольник. Далее по тексту, где мы будем

обсуждать цифровые сигналы, мы будем говорить о бинарных цифровых сигналах

Микропроцессор использует цифровой сигнал в коде, который содержит только единицы и нули.

Высокое напряжение цифрового сигнала представляет единицу, и отсутствие напряжения представляет ноль.

Каждый ноль и каждая единица называется битом информации или просто битом. Восемь битов совместно

образуют "слово". Слово, таким образом, содержит комбинацию из восьми битов бинарного кода: восьми

единиц, или восьми нулей, или пяти единиц и трех нулей, или двух единиц шести Нулей и т.д. Бинарный код,

используется внутри самого микропроцессор или любого электронного устройства, которое распознает код. При

передаче тысяч битов компьютеры могут связываться и хранить большое количество информации. Для

микропроцессора, который распознает бинарный сигнал, 11001011 .будет означать, например, что необходимо

включить вентилятор системы охлаждения.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ЧАСЫ

Давайте еще раз посмотрим, как мы описали компьютер. Он имеет микропроцессор, который связан с

несколькими видами памяти. Используемым языком является бинарный код, который представляет собой ряд

нулей и единиц. Данный ряд нулей и единиц передается от одной части компьютера в другую. Но как приемное

устройство распознает, что один импульс закончен, а другой начался? Например, как передать разницу между

01 и 0011? Компьютеры имеют генераторы времени, которые обеспечивают постоянный промежуток между

импульсами, каждый длинною в один бит.

Различные виды памяти используют данные временные импульсы, когда они считывают или посылают

данные, таким образом они знают, как долго каждый импульс напряжения (представленный битом) будет

продолжаться. Вот так различные части компьютера распознают 01 и 0011

Обработка сигнала

Микропроцессор блока управления обрабатывает входные сигналы. Для этого ему необходима

программа, которая занесена в блоке памяти (ПЗУ или СПЗУ). Дополнительно к этому в память записываются

специфические для двигателя характеристики и таблицы управления (калибровки).

Вследствие разнообразия двигателей и оснащения автомобилей некоторые блоки управления имеют

вариантное кодирование. С его помощью на автозаводе или станции технического обслуживания производится

выбор из запрограммированных в СПЗУ семейств характеристик для реализации желаемых функций для

данного исполнения двигателя

Другие типы блоков спроектированы так, что блок данных может быть запрограммирован в СПЗУ при

окончании сборки автомобиля. Блок оперативной памяти (ОЗУ) необходим для запоминания отклонений,

возникающих в расчётных и адаптируемых величинах всей системы. ОЗУ должно постоянно снабжаться

электроэнергией. При отключении аккумулятора эта оперативная память теряет всю записанную информацию.

Поэтому в данном случае при подключении батареи блок управления должен рассчитать все адаптируемые

величины заново. Для предотвращения этого отдельные типы блоков записывают необходимые в дальнейшем

варьируемые величины в СПЗУ вместо ОЗУ.

Память контроллера , ВИДЫ ПАМЯТИ

Контроллер имеет три типа памяти: программируемое постоянное запоминающее устройство ( ППЗУ),

оперативное запоминающее устройство ( ОЗУ) и электрически репрограммируемое запоминающее устройство

(ЭРПЗУ).

Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ)

Как и в случае с ПЗУ, с ППЗУ можно считывать, но на него можно и записывать. Различие состоит в том, что

его в некоторых контроллерах его можно извлечь из контроллера, и запрограммировать на него новую

информацию. В автомобильных электронных системах ППЗУ может использоваться для добавления новой

информации в систему без изменения оригинальной программы. Например, ППЗУ электронного блока

управления хранит характеристики, которые отличаются в каждой модели. В ППЗУ хранится программа

управления, которая содержит последовательность рабочих команд и калибровочную информацию.

Калибровочная информация представляет собой данные управления впрыском, зажиганием, холостым ходом и


3

т.п., которые в свою очередь зависят от массы автомобиля, типа и мощности двигателя, от передаточных

отношений трансмиссии и других факторов.

ПЗУ и ППЗУ могут располагаются в с'ёмном устройстве, которое называется ЗУ калибровок, и подключается в

гнездо на плате. Может случиться, и на это укажет код неисправности, что ЗУ калибровок требует замены. Эта

память является энергонезависимой, т.е. ее содержимое сохраняется при отключении питания

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Оперативное запоминающее устройство используется микропроцессором для временного хранения значений

измеряемых параметров, результатов вычислений, кодов неисправностей. Микропроцессор может по мере

необходимости вносить в ОЗУ данные или получать их. Например, микропроцессор при получении данных и

расчётов, которые ему необходимы, может выполнить несколько различных решений. Он может записать

сведения в ОЗУ и сохранить, а затем считать их в тот момент, когда они ему необходимы, стереть и обновить

Существует два вида ОЗУ: энергозависимая память и энергонезависимая память. Энергонезависимая память

будет сохранять данные, даже при отключенной подаче энергии. В основном контроллерах эта память является

энергозависимой. В автомобильном контроллере энергозависимое ОЗУ может быть подключено к

аккумуляторной батарее напрямую так, чтобы ОЗУ продолжало получать питание при выключенном зажигании

При прекращении подачи питания (отключение аккумуляторной батареи или отсоединение от контроллера

жгута проводов) содержащиеся в ОЗУ диагностические коды неисправностей и расчетные данные стираются.

ОЗУ впаяно в плату и не обслуживается.

ЭРПЗУ

Электрически ре-программируемое запоминающее устройство (ЭРПЗУ) ЭРПЗУ используется для временного

хранения кодов-паролей автомобильной противоугонной системы (АПС). Коды-пароли, принимаемые

контроллером от блока управления АПС (если она имеется на автомобиле), сравниваются с хранимыми в

ЭРПЗУ, и меняются микропроцессором по определенному закону. Информация в ЭРПЗУ является

энергонезависимой и может храниться без подачи питания на контроллер.

Выходные сигналы

Микропроцессор включает выходные каскады, которые дают достаточную мощность для непосредственного

подключения исполнительных элементов. Выходные каскады защищены от замыканий на массу или

напряжение батареи, а также от разрушения электрической перегрузкой. Контроллер управляет

исполнительными элементами, такими как топливные форсунки, модуль зажигания, регулятор холостого хода,

нагреватель датчика кислорода, клапан продувки адсорбера и различными реле.

Контроллер управляет включением и выключением главного реле, через которое напряжение питания от

аккумуляторной батареи поступает на элементы системы (кроме электробензонасоса, электровентиляторов,

модуля зажигания, блока управления и индикатора состояния АПС). Контроллер включает главное реле при

включении зажигания.

Диагностика распознаёт возникшие на отдельных выходных каскадах дефекты и отключает (при

необходимости) неисправный выход. В ОЗУ происходит запоминание информации о дефекте. Она может быть

прочитана через последовательный интерфейс при помощи тестера на станции технического обслуживания.

Другой защитный сигнал производит отключение электрического топливного насоса, как только сигнал частоты

вращения уходит за нижний предел.

В некоторых блоках управления при отключении клеммы 15 в замке зажигания (зажигание выкл.) через

блокировочную схему главное реле удерживается включенным до тех пор, пока не будет закончена обработка

программына время, необходимое для подготовки к следующему включению (завершение вычислений,

установка регулятора холостого хода в положение, предшествующее запуску двигателя).

При включении зажигания контроллер, кроме выполнения упомянутых выше функций, обменивается

информацией с АПС (если она установлена и функция иммобилизации включена). Этот сеанс связи длится около

2 секунд. Если в результате обмена определяется, что доступ к автомобилю разрешен, то контроллер продолжает

выполнение функций управления двигателем. В противном случае управление двигателем блокируется.

ВНИМАНИЕ. Если автомобиль не оснащен АПС, то после снятия/подключения клеммы аккумуляторной

батареи в течение первых пяти секунд после включения зажигания контроллер не подает управляющие сигналы на

исполнительные устройства ЭСУД. Контроллер выполняет также функцию диагностики системы. Он определяет

наличие неисправностей элементов системы, сигнализирует о них водителю включением лампы "CHECK

ENGINE" и сохраняет в своей памяти коды, обозначающие характер неисправности и помогающие механику

осуществить ремонт.

Электропитание

В контроллере имеется стабилизированный регулятор напряжения постоянно снабжает цифровые микросхемы

напряжением равным 5В. И подает на различные устройства сигналы напряжением 5 или 12 В. В некоторых

случаях оно подается через резисторы контроллера, имеющие столь высокое номинальное сопротивление, что при


4

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

включении в цепь контрольной лампочки она не загорается. В большинстве случаев обычный вольтметр с низким

внутренним сопротивлением не дает точных показаний.

Для контроля напряжения выходных сигналов контроллера необходим цифровой вольтметр с внутренним

сопротивлением не менее 10 МОм.

датчики коммутационные входы Интерфейс Процессор Выходные каскады Исполнительные элементы

зажигание


форсунки

кондиционер

положение распредвала


главное реле

аналоговые входы



реле бензонасоса

напряжение АКБ


модуль зажигания

температура двигателя


регулятор холостого хода

расход воздуха и температура


продувка абсорбера

угол дроссельной заслонки


контрольная лампа

датчик детонации


линия диагностики

датчик кислорода

датчик положения коленвала

Рис. 1: Блок-схема блока управления


600 mv


500 mv


400 mv



1 count

= 20 mv

1 импульс=20мв


300 mv


ANALOG

VOLTAG

E


200 m v


100

mv

цифровые импульсы/


DIGITAL COUNTS


0mv


0 cts

5 ets 10cts 15cts 20cts 25cts 30cts



ANALOG - to - DIGITAL converter operation

( 30 out of possible 255 counts shown).


Аналого - цифровое преобразование показано 30 импульсов из возможных 255) .

При напряжении питания 5.1V - 1 импульс = 0.02V (20мВ), = 5.1/255, (5.12/256)

Рис. Преобразование аналогового сигнала


5

Состав смеси

Влияющие факторы

Топливовоздушная смесь

Для работы двигателя Отто требуется определённое соотношение между воздухом и топливом. Отношение

14,7:1 теоретически является критерием для полного сгорания. Это соотношение называется стехиометрическим.

Определённые режимы работы двигателя требуют коррекции состава смеси. Удельный расход топлива двигателя

Отто во многом зависит от состава топливовоздушной смеси. Для достижения полного сгорания и возможно

меньшего расхода топлива требуется излишек воздуха, превышение которого также ограничено вследствие

увеличения времени сгорания и ухудшения воспламеняемости смеси. В применяемых в настоящее время

двигателях расход топлива при соотношении 15...18 кг воздуха на 1 кг топлива является минимальным. Для

наглядного представления это значит, что для сгорания 1 литра бензина требуется около 10 000 литров воздуха.

Так как автомобильные двигатели работают в основном на частичных нагрузках, они конструктивно

рассчитаны на наименьший расход топлива в данном режиме. При других режимах, как холостой ход и

полная нагрузка, обогащённая смесь является более выгодной. Система смесеобразования должна обеспечивать

такие различающиеся требования.

Коэффициент избытка воздуха λ

Коэффициент избытка воздуха (λ), является единицей измерения состава топливовоздушной смеси.

Для обозначения отклонений реальной топливовоздушной смеси от теоретически необходимой (14,7:1), была

принята единица измерения коэффициента избытка воздуха λ (лямбда). В России было принято обозначение ά

(альфа), λ = подведённая воздушная масса / расход воздуха для стехиометрического сгорания. λ= 1: подведённая воздушная масса соответствует теоретической потребности, λ < 1: недостаток воздуха или богатая

смесь. Повышенная мощность достигается при λ = 0,85...0,95. λ > 1: излишек воздуха или бедная смесь имеет

место в диапазоне от λ = 1,05...1,3. При этом отмечается уменьшенный расход топлива и снижение мощности

двигателя. λ > 1,3: смесь становится невоспламеняемой. Возникают сбои при воспламенении. Двигатель работает с

перебоями. Двигатели Oтто достигают своей максимальной мощности при недостатке воздуха 5...15% (λ =

0,95...0,8), минимального расхода топлива при превышении объема воздуха 10...20% (λ =1,1...1,2) и безупречного

холостого хода при λ = 1,0. Рисунки 2 и 3 показывают зависимость мощности и удельного расхода топлива, а

также характеристики токсичности отработавших газов от коэффициента избытка воздуха λ. Из них видно, что

идеального состава смеси, при котором бы все факторы имели выгодные величины, не существует. Практика

показывает, что наиболее приемлем коэффициент избытка воздуха λ = 0,9...1,1. Для каталитической доработки

выпускных газов в трёхкомпонентном катализаторе при рабочей температуре двигателя обязательно должно

выдерживаться условие λ = 1. Для достижения этого количество всасываемого воздуха должно точно измеряться

и к нему должно подмешиваться точно дозированное количество топлива.

Наряду с точным количеством вспрыскиваемого топлива для достижения процесса сгорания необходима также

однородность смеси и её хорошее распыление. При невыполнении этих условий крупные капли топлива оседают во

впускной трубе, что ведёт к повышению эмиссии ОН.

Приспосабливание к рабочим режимам.

На некоторых режимах работы потребность в топливе резко отличается от расхода топлива прогретого

двигателя, так что требуется коррекция в смесеобразовании

Холодный пуск

При холодном пуске всасываемая топливовоздушная смесь обедняется. Это происходит в результате

недостаточного перемешивания всасываемого воздуха с топливом, недостаточного испарения топлива и

усиленного пленкообразования на холодных стенках трубопроводов. В целях компенсации этого явления и

облегчения пуска холодного двигателя требуется подача дополнительного топлива в момент пуска.

Послепусковая фаза

После пуска при низких температурах на короткое время требуется обогащение смеси путём подачи дополнительного

топлива до тех пор, пока не повысится температура в камере сгорания и улучшится смесеобразование в цилиндре

Дополнительно, за счёт богатой смеси достигается больший крутящий момент, что способствует переходу к нужным

оборотам холостого хода.

Прогрев двигателя.

За пуском и послепусковой фазой следует фаза прогрева двигателя. Ещё и на этой фазе двигателю требуется

обогащённая смесь, поскольку часть топлива ещё конденсируется на холодных стенках цилиндра. В связи с

тем, что при пониженных температурах смесеобразование ухудшено (например, из-за слабого перемешивания

воздуха с топливом, а также образования капель топлива) во впускной трубе образуется пленка топлива,

которая испаряется только при достижении высоких температур. Вышеназванные факторы обуславливают при

пониженной температуре необходимость дополнительного обогащения смеси.

Частичные нагрузки

При частичных нагрузках главным в смесеобразовании является минимальный расход топлива. Для соблюдения

жестких норм по токсичности при применении трёхкомпонентного катализатора требование λ = 1 является

обязательным.


6

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Полная нагрузка

При полностью открытой дроссельной заслонке двигатель должен достичь своего наибольшего крутящего

момента или максимальной мощности. Как видно из рис. 2 топливовоздушная смесь обогащается до

λ = 0,85...0,90.

Ускорение

При быстром открытии дроссельной заслонки состав смеси кратковременно обедняется вследствие

ограниченной способности топлива к испарению при повышении давления во впускной трубе. Для достижения

хорошего перехода требуется обеспечить зависимость между обогащением смеси и температурой двигателя. Путем

такого обогащения можно получить хорошие разгонные характеристики.

Принудительный холостой ход

Движение на принудительном холостом ходу, частое торможение, то есть езда в городском режиме, позволяют

практически полностью прерывать подачу топлива. На этих фазах работы двигателя отсутствуют выбросы

токсичных отработавших газов.

Высотная коррекция

На больших высотах (например, езда в горах) плотность воздуха падает. Это значит, что всасываемый в

двигатель воздух имеет меньшую массу, нежели на равнине. Если это явление не учесть при смесеобразовании,

то создастся чрезмерное обогащение, которое приведёт к перерасходу топлива и повышению токсичности

отработавших газов.


Рис. 2; Влияние коэффициента избытка воздуха а на

Рис. 3: Влияние коэффициента избытка воздуха а

мощность Р и удельный расход топлива Ье.

на токсичность отработавших газов

а) богатая смесь (недостаток воздуха)

б) бедная смесь (избыток воздуха)


WINDOW

СО

100 узкое окно (0.1 отн.

______________________________


воз./топ.) требует точ-

ного контроля

подачи

топлива


NO

X

_______________________________

для 3-х

компонентногокатал

из .


НС


THE NEED FOR

EXTREMEL

80

Y

TIGHT

CONTROL OF THE FUEL METERING DEVICE


_______________________________

WHEN A 3 -WAY CATALYST IS USED CAN


BE SEEN BY THE VERY NARROW


CONFINES OF THIS WINDOW. (.1 A/F


RATIO TOTAL)

_______________________________

60


THIS CLOSE TOLERANCE CAN BEST BE

MET WITH ELECTRONIC FUEL INJECTION.

CONVERSION


_______________________________

EFFICIEN

CY %


это позволяет сделать


лучше

± .05

впрыс электронный

к

40

А


топлива

/7

_______________________________

WI


NDOW


_______________________________

20

_______________________________


0


13:1

14:1

15:1


AIR -FUEL RATIO


Рис. Эффективность работы 3-х компонентного каталитического


нейтрализатора ОГ в зоне стехиометрического состава смеси

14,6:1; 14,7:1 (килограмм воздуха к килограмму топлива)


7

Преимущества систем впрыска

Снижение расхода топлива

Сбор информации, необходимой для работы двигателя (например, частота вращения, нагрузка, температура,

положение дроссельной заслонки), делает возможным точное согласование системы как в стационарных, так и в

динамических режимах. Благодаря этому двигатель получает ровно столько топлива, сколько ему необходимо.

Высокая нагрузка.

Использование систем впрыска позволяет оптимально оформить впускной тракт и увеличить крутящий момент за

счёт оптимального наполнения цилиндров. В результате достигаются более высокие мощности и оптимальный

крутящий момент. Благодаря тому, что замер расхода воздуха и подача топлива при впрыске разделены,

при использовании системы достигается повышенная мощность по сравнению с карбюратором вследствие

уменьшения дросселирования.

Динамичное ускорение

Системы впрыска реагируют незамедлительно на изменение нагрузки. Это справедливо как для много - так и

для одноточечного впрыска: при многоточечном впрыске топливо подаётся непосредственно к впускному

клапану, в результате чего значительно уменьшается пленкообразование. При одноточечном впрыске

вследствие движения смеси во впускном коллекторе приходится учитывать образование и испарение пленки

на переходных режимах. Соответствующие системы и функции при подаче топлива и смесеобразовании

позволяют преодолеть и этот фактор

Улучшение холодного пуска и прогрева двигателя

Посредством точной дозировки топлива, в зависимости от температуры и пусковой частоты вращения удаётся

достичь быстрого пуска и добиться быстрого возрастания частоты вращения до холостого хода. При прогреве за

счёт подачи точного количества топлива достигается равномерная работа двигателя и хорошая реакция на

увеличение нагрузки при минимально возможном расходе топлива.

Низкотоксичные отработавшие газы

Концентрация токсичных компонентов находится в прямой зависимости от коэффициента избытка воздуха. Если

ставится задача эмиссии возможно меньшего количества вредных веществ двигателем, то возникает

необходимость обеспечения определённого коэффициента избытка воздуха в процессе смесеобразования. Системы

впрыска обеспечивают требуемую точность в процессе смесеобразования

Состав отработавших газов

Полного сгорания топлива в цилиндрах двигателя нет даже при наличии избытка кислорода в воздухе.

Чем несовершеннее сгорание, тем больше выброс вредных веществ с отработавшими газами двигателя. В целях

защиты окружающей среды необходимо усовершенствовать очистку отработавших газов, например при помощи

катализатора (рис. ). Все мероприятия по ограничению эмиссии вредных веществ, предписанной законом,

базируются на том, чтобы при возможно низком расходе топлива, высокой рабочей мощности и благоприятных

условиях движения добиться минимальной эмиссии вредных веществ. Отработавшие газы двигателя

внутреннего сгорания имеют наряду с большим процентом содержания невредных основных компонентов

побочные вещества, которые по меньшей мере в высокой концентрации наносят вред окружающей среде. Доля

вредных компонентов составляет примерно 1 % отработавших газов и состоит из угарного газа (СО), окиси

азота (NОх.) и углеводорода (ОН). Особенного внимания требует при этом противоположная зависимость

протекания концентрации СО и СН с одной стороны и NОх. с другой от коэффициента избытка воздуха

Основные составные части

Основными составными частями отработавших газов являются азот, углекислый газ и водяной пар. Они

неядовиты. Азот (N2) как основная часть воздуха не участвует в процессе горения и тем самым составляет

приблизительно 71% отработанного газа. Но в незначительном количестве азот реагирует с кислородом, образуя

окислы азота. Содержащийся в топливе, связанный химически, углерод образует при полном сгорании

углекислый газ (СО2) с долей примерно 14% отработавших газов. Содержащийся в топливе, связанный

химически, кислород образует при сгорании водяной пар (Н2О), который большей частью конденсируется при

остывании (в холодное время года его хорошо видно в качестве парового облака у выхлопной трубы).

Состав примесей

Примеси - угарный газ, углеводороды и частично окисленные углеводороды образуются вследствие

неполного сгорания, в то время как окислы азота являются результатом побочных реакций с воздухом при

любом процессе сгорания. Угарный газ (СО) - газ без запаха и цвета. Он снижает усваиваемость кислорода в

крови и тем самым вызывает отравление живых организмов. Поэтому двигатели не должны работать в закрытых

помещениях без включённой установки отсоса выхлопных газов. Углеводороды состоят из недогоревших

частей топлива или из вновь образовавшихся углеводородов. Низкокипящие алифатические углеводороды не

имеют запаха. Циклические ароматические углеводороды (бензол, толуол, полициклические углеводороды)

обладают запахом. Считается, что при длительном влиянии они вызывают раковые заболевания. Окислившиеся

частично углеводороды (альдегиды, кетоны и т.д.) имеют неприятный запах и образуют под влиянием

солнечных лучей вещества, которые при длительном влиянии в определённой концентрации вызывают раковые

заболевания. Как NОх обозначается смесь окислов азота (в основном NO и NО2), которая образуется при


8

высоких температурах сгорания из азота и кислорода. NO является веществом без цвета и запаха, которое при

реакции с воздухом медленно преобразуется в NO2. В чистой форме NO2 является красно-коричневым ядовитым

газом с резким запахом. При его концентрации имеющей место в отработавших газах или сильно загрязненном

воздухе может привести к раздражению слизистых оболочек


λ -зонд и каталитический конвертер


Лямбда-зонд ( д атчик остатка кислорода в отработавших газах - ДК )


Лямбда-зонд, устанавливается в трубе системы выпуска перед катализатором и производит измерение содержания



остатка кислорода в отработавших газах. Наружная поверхность электрода Лямбда-зонда находится в потоке

отработавших газов, а внутренняя сторона соприкасается с наружным воздухом (рис. 14?). Зонд имеет

чувствительный элемент из специальной керамики, внешние поверхности которого оснащены газопроницаемыми

платиновыми электродами (Рис.....). Действие зонда основывается на том, что керамический материал является

пористым и допускает диффузию кислорода воздуха (твёрдый электролит)рис. ? .


Физическое описание

Кислородный датчик - твёрдый гальванический элемент на электролитной основе, генерирующий напряжение

на основе принципов электрохимии. Гальваническое напряжение генерируется между внутренним и внешним

электродами, что обусловлено разницей остаточного кислородного давления между электродом воздушного

смеси и электродом выхлопных газов. Поскольку остаточное кислородное давление воздушной смеси

постоянно, а остаточное кислородное давление выхлоных газов изменяется как функция отношения

воздух/топливо, гальваническое напряжение, генерируемое датчиком, представляет собой функцию отношения

выхлопа воздуха и топлива.

В дополнение вышесказанного, кислородный датчик содержит элемент, обеспечивающий постоянное

снабжение воздушной смеси кислородом. Этот элемент избавляет от необходимости иметь герметичную

пломбу между сторонами выхлопной и воздушной смесей. Кислород перемещается из выхлопных газов в

воздушную смесь с помощью небольшого электротока накачки (обычно от 7 до 10 микро Ампер) Рис......


Описание продукта

Элемент датчика состоит из многослойных керамических лент глинозёма и циркония. Нагреватель является

внутренней частью этого элемента, которая обеспечивает быстрое нагрев и режим .. Внешняя колба выполнена

из нержавеющей стали для обеспечения необходимой силовой и коррозийной устойчивости при повышенных

температурах. Нижний защитный экран, подвергающийся воздействию выхлопных газов, обеспечивает

устойчивость к экстремально высоким температурам.

Типичные показания датчика

Выходное напряжение датчика основано на относительных остаточных давлениях кислорода в воздухе по

сравнению с давлением в выхлопе. Это находит отражение в характерной S-образной кривой циркониевого

датчика В случае значительного содержания остаточного кислорода в выхлопной части смеси(обеднённая

смесь), дифференциал остаточного давления невелик. Это приводит к низкому напряжению.

В случае небольшого остаточного содержания кислорода (обогащённая смесь), дифференциал остаточного

давления большой. Это приводит к высокому напряжению


При высокой температуре керамика становится проводником электричества. Если содержание кислорода на

обеих сторонах электродов различно, на них возникает электрическое напряжение. При стехиометрическом

составе топливовоздушной смеси λ = 1 образуется скачкообразная функция (рис.?.... 15). Напряжение и внутреннее

сопротивление зонда зависят от температуры. Надёжный регулировочный режим работы возможен при

температуре отработавших газов выше 350 °С (зонд без подогрева) или же выше 200 °С (зонд с подогревом).

Контроллер выдает в цепь ДК стабильное опорное напряжение 450 мВ. ДК генерирует напряжение,

изменяющееся в диапазоне 50...900 мВ. Это выходное напряжение зависит от наличия или отсутствия кислорода

в отработавших газах и от температуры чувствительного элемента ДК. находящегося в потоке отработавших

газов .

Когда ДК находится в холодном состоянии, выходной сигнал датчика отсутствует, поскольку в этом состоянии

его внутреннее электрическое сопротивление очень высокое - несколько МОм (рис. . ). По мере прогрева датчика

внутреннее сопротивление уменьшается и появляется способность генерировать выходной сигнал, меняющееся

напряжение выходного сигнала датчика выходящее за пределы диапазона 300...600 мВ. По изменению

напряжения контроллер определяет, что ДК прогрелся, и его выходной сигнал может быть использован для

управления топливоподачей в режиме замкнутого контура. Если температура датчика выше 300°С, то в момент

перехода через точку стехиометрии, выходной сигнал датчика переключается между низким уровнем (50...200


9

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

мВ) и высоким (700...900 мВ). При наличии бедной топливной смеси (λ > 1) на Лямбда-зонде создаётся

напряжение около 100 мВ Низкий уровень сигнала(наличие кислорода), а при обогащённой топливной смеси (λ <

1) - 800мВ высокий уровень (отсутствует кислород).. При λ = 1 напряжение перескакивает с одного уровня на

другой (рис. ?....6)

Лямбда-зонд с подогревом

Для эффективной работы ДК должен иметь температуру не ниже 300°С. Для быстрого прогрева после запуска

двигателя, ДК снабжен внутренним электрическим подогревающим элементом, которым управляет контроллер

Конструкция Лямбда-зонда с подогревом (рис. 16?) соответствует в основном конструкции без подогрева.

Активный керамический элемент зонда нагревается изнутри керамическим нагревательным элементом так,

чтобы даже при невысокой температуре отработавших газов температура керамического элемента была

достаточно высокой для выполнения его функций. Подогреваемый зонд оснащён предохранительным колпачком

с малыми отверстиями; таким образом предотвращается остывание керамического элемента при холодных

отработавших газах. Нагрев зонда позволяет сократить время от пуска двигателя до включения регулирования и

гарантирует надёжный регулирующий режим работы и при холодных отработавших газах (например: холостой

ход). Нагреваемые зонды имеют укороченное время отклика, что положительно сказывается на скорости

регулирования. Такие зонды имеют более гибкие возможности конструктивного размещения.


Рис.


Рис. 16: Нагреваемый Лямбда-зонд.

1 корпус зонда, 2 керамическая опорная трубка, 3 подсоединительные

провода, 4 защитный колпачок со пазами, 5 активная специальная керамика

6 контактная часть, 7 защитная гильза, 8 нагревательный элемент, 9 клемма для

подключения нагревательного элемента


Рис. 14: Расположение Лямбда-зонда в выпускной трубе.

Рис. 6: Регулировочный диапазон Лямбда-зонда и уменьшение

1 специальная керамика, 2 электроды, 3 контакт, 4 контакты корпуса,

токсичности отработавших газов

5 выпускная труба, 6 керамический защитный слой (пористый),


-- -- -- -- без катализаторной обработки

7 отработавшие газы, 8 воздух


_--------- с катализаторной обработкой


Смесеобразование


10

Автомобиль Chevrolet Niva

CLOZET LOOP FUEL CONTROL

(УПРАВЛЕНИЕ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА ПО ЗАМКНУТОМУ

КОНТУРУ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ)


обогащение


смеси


увеличение


понижение

подачи


содержания

топлива


О2 в О.Г.


расчёт


замкнутый контур


высокий

подачи


уровень

топлива


сигнала


ЭБУ


датчика


О2


Низкий


расчет

Уровень


количества

Сигнала


топлива

датчика


контроль


ЭБУ

О2


повышение

топливоподачи


уменьшение

содержания


подачи

О2 в О.Г.


топлива


Обеднение смеси


РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОПЛИВОПОДАЧИ ПО ЗАМКНУТОМУ КОНТУРУ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

(ЛЯМБДА-РЕГУЛИРОВАНИЕ)

Диапазон регулирования

Эффективным мероприятием для снижения токсичности отработавших газов является последующая их

обработка в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе. Он преобразует три вредных компонента

отработавших газов СО, ОН и NОх в Н2О и N2.

Преобразование всех трёх вышеперечисленных компонентов отработавших газов может производиться только

в очень узком диапазоне, так называемом Лямда-окне (λ = 0,99...1), что достигается только Лямбда-

регулированием (обратная связь по сигналу ДК). Контроллер рассчитывает длительность импульса впрыска по

таким параметрам, как массовый расход воздуха, частота вращения коленчатого вала, температура охлаждающей

жидкости и т.д. Для корректировки расчетов длительности импульса впрыска (Лямбда регулирования по сигналам

ДК) блок управления рассчитывает дополнительный коэффициент по информации о наличии остатка кислорода в

отработавших газах, которую выдает ДК. При нормальной работе системы подачи топлива в режиме замкнутого

контура обратной связи, выходное напряжение ДК изменяется между низким и высоким уровнями.

Функция

Лямбда-регулирование (обратная связь) действует только при работающем ДК. Специальная схема постоянно

устанавливает эту взаимосвязь. При холодном зонде, при обрывах или же коротких замыканиях в проводке она

даёт неправдоподобные величины. В большинстве случаев производится подогрев Лямбда-зонда, при этом он уже

через 30 сек. работоспособен.

Для равномерного вращения холодному двигателю необходима обогащённая топливная смесь (λ < 1). Поэтому

Лямда-регулирование включается(замыкается контур обратной связи) только после достижения двигателем

определённого температурного порога.


11

Лямда-регулирование Регулирование топливоподачи по замкнутому контуру обратной связи

представляет собой корректировку расчетов длительности импульса впрыска с учетом входного

сигнала от датчика кислорода на ЭБУ. Значения Лямда-регулированиерегулирования по замкнутому

контуру используются ЭБУ для «быстрой» корректировки при определении обогащенного или

обедненного состава ОГ.; регулировочные значения «быстрой» коррекции в режиме по замкнутому

контуру предназначены для оперативной корректировки длительности импульса впрыска.

Если входной сигнал ДК указывает на обогащенную смесь, то ЭБУ понизит регулировочные значения по

замкнутому контуру для уменьшения длительности импульса впрыска, и наоборот. Параметр

регулирования топливоподачи по замкнутому контуру указывает на то, каким образом ЭБУ управляет

подачей топлива в зависимости от входного сигнала ДК при работе по незамкнутому контуру

обратной связи. Регулирование топливоподачи по замкнутому контуру может быть выставлено на 0 во

время обогащения при ускорении, мощностном обогащении, а также во время обеднения при

торможении, в режиме ожидающего холостого хода кондиционера.

От ноля значения регулирования топливоподачи по замкнутой петле идут к положительным

значениям (увеличение длительности импульса впрыска) в том случае, когда ЭБУ принимает

сигнал обеднения от ДК. Значения регулирования топливоподачи по замкнутому контуру идут к

отрицательным значениям (уменьшение длительности импульса впрыска) в том случае, когда

ЭБУ принимает сигнал обогащения от ДК. Регулирование по замкнутой петле основано на

усреднении напряжения ДК. Если ЭБУ отмечает индикацию обогащения по времени дольше

индикации обеднения, тогда он уменьшает длительность импульса впрыска для поддержания

соотношения 14.7 : 1. И наоборот, если ЭБУ отмечает индикацию обеднения по времени дольше

индикации обогащения, тогда он увеличит длительность импульса впрыска для компенсации.

Регулировочные значения в режиме управления по замкнутой петле могут изменяться в

диапазоне от -25% до +25% в зависимости от пограничных значений калибровки, заложенных в

программном обеспечении ЭБУ

Обычный диапазон корректировки от -20% до +20%. Коды неисправностей (при длительном

обеднении или обогащении состава ОГ), заносятся в том случае, если значения регулирования

топливоподачи памятью и по замкнутому контуру находятся на пределе калибровочных значений, а

входной сигнал с ДК на ЭБУ продолжает показывать обедненный или обогащенный состав О. Г.


При активном Лямбда-регулировании сигнал ДК в блоке управления преобразуется компаратором в

двухпороговый сигнал. Передаваемый сигнал ( λ > 1 -бедная смесь или же λ < 1 - богатая смесь) заставляет

последующий регулятор изменять свои установочные величины (скачком и последующим движением по

наклонной). Время впрыска изменяется (увеличивается или уменьшается) и постоянным обменом данных

устанавливается стабильное колебание регулировочного коэффициента. Длительность периода этого колебания

определяется временем пробега газов, а амплитуда устанавливается наклонным участком так, что несмотря на

различное время пробега газов, она остаётся постоянной в поле частот вращения и нагрузки .

Лямбда-смещение

Оптимальный диапазон конверсии (преобразование) и скачка напряжения на зонде совмещаются неполностью.

За счёт ассиметричного колебания регулятора можно сдвинуть состав смеси в оптимальную зону λ = 1.

Ассиметричность достигается либо с помощью задержки переключения коэффициента регулирования после

скачка напряжения (от бедного к богатому) от зонда, либо с помощью несимметричного скачка. Такой случай

имеет место, если скачок напряжения зонда от бедной к богатой смеси имеет другую высоту, чем скачок в

обратном направлении(рис. ? ).

Адаптация предваряющей уставки к Лямбда-регулированию

Лямда-регулирование производит корректировку времени очередного впрыска на основании предыдущего

измерения на ДК. Это смещение во времени определяется временем пробега газов и его невозможно избежать.

Поэтому при выходе на новый рабочий режим с неправильной предваряющей уставкой возникают отклонения

от λ =1, пока регулирование не произведёт новую настройку.

Поэтому для выдерживания пределов токсичности отработавших газов необходима предваряющая регулировка.

Она определяется при калибровке двигателя и Лямбда-характеристика вводится в ПЗУ (только для считывания). В

течение эксплуатационного срока автомобиля возможно появление отклонений, которые требуют другой

предваряющей уставки. Ими являются, например, изменение плотности и качества топлива. Адаптация

предваряющей регулировки опознаёт, что Лямбда-регулятор в определённом диапазоне частот вращения и

нагрузок должен производить всегда одну и ту же корректировку. Выполнив коррекцию в этом диапазоне,

регулятор записывает её в память (ОЗУ с подпиткой), которая снабжается током и при остановке двигателя.

При последующем пуске можно начинать с предваряющей регулировки уже подвергнутой коррекции, прежде,

чем произойдёт активирование Лямбда-регулятора. Прерывание питания фиксируется. В этом случае адаптация

начинается с нейтральных значений


12

РЕГУЛИРОВКА ТОПЛИВОПОДАЧИ ПАМЯТЬЮ

Значения регулирования топливоподачи памятью служат для компенсации долговременных

изменений функционирования различных деталей системы, которые могут повлиять на изменение

состава ОГ. Регулировочные значения в памяти постоянно обновляются, ( "самообучение" ЭБУ) на

основе значений Лямда-регулирование, когда ЭБУ работает в режиме с замкнутой обратной связью.

ЭБУ постоянно «самообучается» или изменяет корректировки длительности импульса

впрыска почти по всему диапазону оборотов и нагрузки двигателя для того, чтобы поддерживать

воздушно-топливную смесь в соотношении 14.7:1 после того, как ЭБУ перешел на управление

топливоподачей по замкнутому контуру обратной связи. Регулировочные значения из электронной

памяти компенсируют индикации обеднения или обогащения состава на основании значений

управления топливоподачи по замкнутому контуру обратной связи и с учетом конкретной нагрузки

двигателя. Например, если значение регулировки топливоподачи по замкнутому контуру в течение

длительного времени является положительным при конкретной нагрузке (индикация обеднения),

регулировочное значение в электронной памяти постепенно откорректируется в сторону

повышения. Данные значения являются долговременными значениями компенсации, и они

хранятся в памяти ЭБУ. Кратковременное или переходное управление топливоподачей

осуществляется за счет регулирования по замкнутому контуру.

Регулировка топливоподачи памятью представляет собой адаптивное «медленное»

регулирование расчетной длительности импульса впрыска на основе значения регулировки

топливоподачи по замкнутому контуру обратной связи (по ДК). Процессор имеет доступ к отдельным

ячейкам памяти, регулирующим топливоподачу. Различные системы могут использовать разное

количество ячеек, но минимально - две: для холостого и рабочего хода. Работа конкретной ячейки

зависит от оборотов двигателя и нагрузки. В каждой ячейке регулировки топливоподачи имеется

"значение коррекции длительности импульса впрыска" от -99% до +99%, а также значение 0,

указывающее на отсутствие коррекции. Все значения в ячейках постоянно обновляются или

" обучаются" на основе значений регулировки топливоподачи по замкнутому контуру обратной связи

только когда ЭБУ работает в режиме обратной связи по ДК

Регулирование топливоподачи памятью влияет на длительность импульса впрыска в режиме

регулирования топливоподачи как по замкнутому, так и разомкнутому контуру обратной связи.

Значение регулировки топливоподачи памятью можно считать "конечным корректировочным

значением" для расчетов ЭБУ по длительности импульса впрыска. Если входной сигнал с ДК

указывает на обеднение, тогда длительность импульса впрыска требует "корректировки в

сторону обогащения". В этом случае значение регулировки топливоподачи памятью превысит

0 (например, +8%). Сигнал обогащения смеси по ДК, требует применения "корректировки

в сторону обеднения", значение регулировки топливоподачи памятью будет менее 0

(например, -5%).

С учетом производственных допусков при изготовлении различных деталей и датчиков

системы управления двигателем, значения регулировки топливоподачи памятью предназначены

для компенсации всех изменений длительности импульса впрыска, которые могут вноситься

каждым компонентом системы. При этом, обычный диапазон корректировки колеблется от -10% до

+10%

Значение 0 в конкретном блоке указывает на то, что регулирование топливоподачи при данной

нагрузке двигателя не требуется. Положительное значение (напр. +5%) указывает на то, что ЭБУ

обнаружил индикацию обеднения состава ОГ в системе и в данном случае он увеличивает подачу

топлива (длительность импульса впрыска) для компенсации. И наоборот, отрицательное

значение (напр. -7%) указывает на то, что ЭБУ обнаружил индикацию обогащения состава ОГ в

системе и в данном случае он уменьшает подачу топлива (длительность импульса впрыска) для

компенсации. Все значения регулирования топливоподачи памятью выставляются на 0 при

отключении источника питания ОЗУ памяти, а также аккумулятора в случае очистки кодов

неисправности.

Если для очистки кодов неисправности применяется диагностический прибор, то значения

корректировки «самообучения» в ячейках регулирования топливоподачи памятью не стираются.

Двухзондовое Лямбда-регулирование

ДК, устанавливаемый за катализатором, лучше защищен от загрязнения отработавшими газами. Регулирование

зондом за катализатором дополняет регулирование зондом перед катализатором, что гарантирует постоянный

состав смеси в течение длительного времени (рис 7?). Двойная регулировка изменяет ассиметричность стабильного

колебания регулирования с зондом перед катализатором, и тем самым производит компенсацию Лямбда-смещения.

Лямбда-регулирование лишь зондом, установленным за катализатором, было бы чересчур инертным из-за

длительного времени пробега газов


13

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

EXHAUST


PLATINUM

GASES


PLATE

(ОТР. ГАЗЫ)


SENSOR

ZIRCONIA ELECTROLYTE


OUTPUT

(ЦИРКОНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ)

(ВЫХОДНОЕ ЗНАЧЕНИЕ Рис....Чувствительный


КОНЦЕНТРАЦИИ


элемент ДК


КИСЛОРОДА)


АIR (ВОЗДУХ)


PLATINUM

PLATE

ZIRCONIAOXYGEN SENSOR CELL

(ЦИРКОНИЕВАЯ ЯЧЕЙКА ДАТЧИКА КИСЛОРОДА)


> 360 °

900

C


800

< 360 ° C ,or

COATED

700

SENSOR


ИЛИ

РО ИЗОЛИ -

ВАННЫЙ


600

ДАТЧИК


500


OXYGEN SENSOR

VOLTAGE IN M V .

НАПРЯЖЕНИЕ


400

ДАТЧИКА


КИСЛОР

ОДА ,


мВ

300


200

100


Рис. 15: Кривая напряжения Лямбда-зонда при рабочей

13:1

14

:1

16

температуре 600°С.


:1


15


:1

1 4.7: 1


а) богатая смесь (недостаток воздуха)

AIR - FUEL RATIO (СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ - ТОПЛИВО)

б) бедная смесь (избыток воздуха)


Рис. Кривая выходного напряжения


датчика кислорода в зависимости от

температуры и состава смеси


mV


1000


800

готов


600


300


0.00


пуск двигателя


14

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Рис Выходное напряжение датчика

Рис. Выходное напряжение датчика

кислорода при пуске и прогреве


кислорода на прогретом

двигателя

двигателе и постоянной

нагрузке при работе по

замкмутому контуру


мВ


1000


800


600


300


0.00


бедная смесь

нормальная


Рис. Выходное напряжение датчика

Рис. Выходное напряжение датчика

О2 при обогащении смеси

О2 при бедной смеси

(за пределами корректировки)


мВ


мВ


1000


1000


800


800


600


600


300


300


0.00


0.00


Рис. Напряжение датчика О2 при


Рис. Напряжение датчика О2 при

загрязнении со стороны выпускной системы


засорении атмосферного

(отравление).


вентиляционного канала.


15

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


мВ

1000


600


300


0.00

5 секунд 5 секунд 5 секунд 5 секунд


Рис. Медленная реакция датчика О2 (отравление) вызывающее колебания

скорости на дороге, но при отсутствии кодов.


Колебательный процесс в замкнутом контуре обратной связи системы топливоподачи

Фильтрованная величина периода переключения колебаний Датчика О2


мВ


мВ

800


800


450


450


200


200


Рис. Нормальная работа системы

Рис. Напряжение датчика О2 от 400 до 580 мВ

топливоподачи по замкнутому


более 5 сек. (неисправность управляющей цепи)

контуру обратной связи.

Отсутствие сигнала датчика О2 код Р0134.


мВ


мВ


800


800


450


450


200

200


Рис. Богатая смесь - высокое напряжение.


Рис. Бедная смесь или неисправен

Д О2 в течении 20 сек. при работе


датчик О2, напряжение Д О2

по замкнутому контуру. Код Р0132

от 60 до 390мВ. Код Р0130


16

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


ЭБУ


Входной сигнал датчика О2


источник опорного


опорного напряжения 450 мВ


Рис. Подключение датчика кислорода


Холодный датчик -

внутреннее сопротивление

ЭБУ

высокое >20мΏ,

горячий – низкое


компаратор

<10Ώ


напряжения


датчика О2

напряжение

генерируется при

высокой Т СО


______________________________

Рис. Описание работы цепи


______________________________

Цепи датчика кислорода


______________________________


ЭБУ


______________________________


______________________________


______________________________


______________________________


КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ Проблемы датчика

Поскольку кислородный датчик очень прост, имеется лишь несколько причин, по которым он

может выйти из строя. Наиболее характерными причинами является: загрязнение (отравление)

датчика, заблокированное поступление внешнего воздуха или плохие электрические контакты.

Загрязнение чувствительного элемента является, пожалуй, наименее понятной причиной

нарушения работы датчика. Загрязнение может привести к смещению рабочих параметров

датчика в самом широком диапазоне. Характер изменения его работы зависит от типа и степени

загрязнения. Если загрязненность невелика, то требуется очень чувствительное оборудование для

определения степени воздействия на функциональные свойства датчика. Если эффект загрязнения

велик, то следствием может быть ухудшенные ездовые качества, появление кода дефекта

системы диагностики и включение контрольной лампы CHECK ENGINE. На загрязнение датчика

влияют три основных фактора: свинец, кремний и углерод


17

Загрязнение свинцом

Испытания показывают, что воздействие свинца может существенно варьироваться в зависимости

от величины его содержания в бензине, температуры выхлопных газов в конкретном двигателе и

калибровки системы контроля над уровнем токсичности выхлопных газов. В двигателях с

температурой выхлопных газов, находящейся в среднем диапазоне (примерно 650-1100 F) и

содержанием свинца около одной трети максимально допустимого уровня, кислородные датчики

способны служить в течение нескольких тысяч миль пробега. На двигателях с больших рабочим

объемом, где температура выхлопных газов незначительна, датчик может быть "отравлен" свинцом

за достаточно короткое время.В обоих случаях, если двигатель периодически работает на

этилированном бензине, то происходит очищение датчика. Однако, некоторые рабочие режимы

малых двигателей могут привести к постоянному загрязнению датчика

Если зона воздействия свинцовых выбросов подвержена воздействию высоких температур

(свыше 1550 F), что случается на двигателях с небольшим рабочим объемом при высоких оборотах

и нагрузках, а также на двигателях с турбонаддувом, свинец принимает форму стекла, что и

приводит к нарушению рабочих параметров датчика и не подлежит очищению.

Кремний

Другой причиной загрязнения ДК является двуокись кремния (силиконы). При сгорании смеси

в двигателе двуокись кремния формируется в виде микроскопических шариков.

Загрязнение кремнием вызывает обеднение рабочей смеси и если это состояние продолжается,

то оно может привести к "захлебыванию" двигателя.

В настоящее время выделяется две основные причины силиконового загрязнения. Одна из них -

бензин. Обнаружено, что наличие 4 ррм кремния в бензине влечет за собой возникновение

проблем с кислородным датчиком.

Второй причиной является применение прокладочного материала RTV. Ecли этот материал

используется не в соответствующем месте, например, в выпускном коллекторе, то он со временем

сгорает и образует кремниевый осадок.

Если RTV используется в таких зонах, как крышка коромысла или масляный картер, то летучий

(газообразный) кремний выйдет из материала под воздействием рабочих температур двигателя и

окажется в конечном счете в маслосистеме. Оттуда он попадет в камеру сгорания, превратится в

газообразную смесь и отложится на элементе датчика. Механики должны с осторожностью

использовать материалы RTV при обслуживании автомобилей, которые оборудованы

кислородными датчиками. В отличие от загрязнения свинцом, силиконовое отравление датчика не

подлежит исправлению и требует замены датчика. Если произошло лишь незначительное

загрязнение кремнием, то его последствия можно устранить, если обкатать автомобиль на

автомагистрали на высокой скорости в течение нескольких миль.

Углеродное покрытие

Углеродное загрязнение датчика может проявиться, если двигатель работал на обогащенной

смеси непосредственно перед снятием датчика. Датчики с углеродным загрязнением могут быть

очищены, если заставить двигатель проработать на обедненной смеси в течение нескольких

минут с использованием тестера кислородного датчика или большого вакуумного шланга.

Опыт показывает, что обкатка двигателя на нейтральной передаче на оборотах 2500-3000 при

обедненной смеси позволяет в течение нескольких минут удалить углеродное покрытие на

кислородном датчике.

Визуальная проверка

Умение "читать" показания кислородного датчика в значительной мере позволяет техникам станций

технического обслуживания обнаруживать загрязнение датчика. Кремниевое загрязнение

заметно в самой удаленной части выхлопной системы в виде мыло или мелообразного осадка белого

цвета. Количество этого осадка может быть незначительным налетом (при легком загрязнении)

или белым покрытием на корпусе датчика (двигатель работал длительное время с высоким

содержанием кремния в бензине).

Значительное покрытие корпуса датчика белым налетом может также указывать на то, что в

масляный картер по каким-либо причинам попало значительное количество материала RTV.

Свинец обычно проявляет себя блестящим налетом на корпусе датчика, что свидетельствует о

сформированном стеклообразном материале из-за высоких температур в выпускной системе. Этот

налет, однако, может скрываться под черным слоем углеродного загрязнения. Но последнее можно

устранить, если обкатать автомобиль на обедненной смеси, как описано выше.

Внешний фактор

При поиске причины загрязнения датчика не следует забывать о детали датчика, которая находится

за пределами выпускного коллектора. Поскольку атмосферный воздух должен достичь внутренней

полости расположения датчика, все, что загрязняет эту поверхность или блокирует поступление

воздуха вызывает нарушение в работе датчика.


18

Внутренняя поверхность может быть загрязнена масляными каплями, антикоррозионными

веществами или расплавленной пластмассой. Повреждение резинового наконечника (корпуса) от

воздействия температуры также может заблокировать поток воздуха. Механики не должны

допускать попадания посторонних веществ материалов на датчик.

И наконец, электрическое подсоединение между датчиком и блоком управления должно быть

чистым и надежным. Из-за низкого напряжения сигнала от кислородного датчика соединениям

следует уделять важное внимание.

Проверка датчиков

В случае выхода из строя кислородного датчика, как правило, контрольная лампа CHECK

ENGINE сигнализирует о коде неисправности. Если вы подозреваете, нарушение в работе датчика,

то можно также воспользоваться тестером датчика, который проверяет цикл работы датчика при

переходе от обогащенной к обедненной смеси. Большинство изготовителей автомобилей против

того, чтобы использовать стандартный вольтметр для измерения выходного сигнала поскольку в

этом случае можно повредить сам датчик. Также не допускается проверка датчика при помощи

омметра с низким входным сопротивлением.

Следует учитывать тот факт, что за исключением загрязнения (отравления), кислородный

датчик является достаточно надежной деталью

По мнению изготовителя, на всех серийных двигателях Дженерал Моторз кислородные

датчики могут надежно эксплуатироваться не менее 50 тыс миль пробега, при условии их

хорошего обслуживания и разумной эксплуатации .Если вы подозреваете какую-либо проблему с

датчиком, следует воспользоваться рекомендациями изготовителя автомобиля или контрольного

оборудования для полной проверки состояния датчика. Не бойтесь того, чтобы вытащить и

внимательно осмотреть датчик. Хорошие механики как правило умеют диагностировать неполадки, а

не только лишь заменять детали.

Именно сейчас не стоит усваивать плохие навыки и привычки. В следующий раз, когда вы

начнете плохо думать о датчике, постарайтесь сначала представить себя в месте работы этого

датчика. Тогда ваша старая реммастерская покажется вам не таким уж плохим местом.


Каталитическая обработка

На токсичность двигателя можно воздействовать в трёх местах. Первое вмешательство можно произвести при

подготовке топливной смеси перед двигателем, второе - в самом двигателе (например оптимизация камеры

сгорания) и третье - в последующей доработке отработавших газов на выпуске двигателя. В последнем случае

речь идет в основном о преобразовании не полностью сгоревшего топлива. Преобразование производится с

помощью катализатора. Он способствует последующему окислению СО и ОН, преобразуя их в безвредные

углекислый газ (СО2) и воду (Н2О) и производит одновременное снижение находящихся в отработавших газах

окислов азота (NОХ), преобразуя их в нейтральный азот (N). Каталитическая доработка является более

эффективной, чем, например чисто термическое дожигание вредных веществ в горячем пламени. При

помощи катализатора можно преобразовать свыше 90% вредных веществ в безвредные. Трёхкомпонентный

катализатор производит одновременную доработку всех трёх вредных веществ СО, СН и NОХ. Он оснащён

трубчатым каркасом из керамики, которая имеет слой благородных металлов, состоящий преимущественно из

платины и родия (рис. ). При прохождении отработанного газа через керамику платина и родий ускоряют

химический процесс нейтрализации вредных веществ. Окислительным катализатором является платина. Она

способствует окислению углеводородов и окиси углерода, содержащихся в отработавших газах, в водяной пар и

двуокись углерода. Восстановительным катализатором является родий. Он ускоряет химическую реакцию

восстановления окислов азота в безвредный азот, являющийся одной из составляющих воздуха. Для

нейтрализации углеводородов и окиси углерода требуется кислород. Одновременно происходит восстановление

окислов азота. Повышенное остаточное содержание кислорода в отработавших газах (при сгорании бедных

смесей) затрудняет восстановление окислов азота. Пониженное содержание кислорода в отработавших газах (при

сгорании богатых смесей) затрудняет окисление окиси углерода и углеводородов. Только точный баланс

топливовоздушной смеси обеспечивает эффективную нейтрализацию всех трех токсичных компонентов.

Поэтому для эффективной работы нейтрализатора необходимо точное поддержание баланса подаваемой в

двигатель топливовоздушной смеси.

Этот способ предполагает оптимальный состав смеси, то есть стехиометрический состав,

характеризующийся коэффициентом избытка воздуха λ = 1. Только при таком значении λ катализатор

работает с высоким коэффициентом полезного действия (рис. ). Даже отклонение в 1% ведёт к

значительному влиянию на последующую обработку. Удерживание состава смеси постоянным в пределах

незначительных допусков параметрическим управлением невозможно; для этого необходимо точно


19

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

работающее, почти безинерционное регулирующее устройство. Причина заключается в том, что контур

управления составом смеси производит расчёт и измерение подачи топлива, но не контролирует результат.

Контур регулирования состава смеси по обратной связи, напротив, замеряет состав отработавших газов и

использует эти замеры для корректировки рассчитанной подачи топлива

Применение каталитического нейтрализатора дает значительное снижение выбросов углеводородов, окиси

углерода и окислов азота с отработавшими газами при условии точного управления процессом сгорания в

двигателе. Для ускорения процесса преобразования углеводородов, окиси углерода и окислов азота в

нетоксичные соединения нейтрализатор имеет окислительный и восстановительный катализаторы. Наиболее

полное сгорание топливовоздушной смеси и максимально эффективная нейтрализация вышеупомянутых

токсичных компонентов отработавших газов обеспечиваются при отношении воздуха к топливу 14,6...14,7:1, т.е.

14,6...14,7 кг воздуха на 1 кг топлива.

При эксплуатации неисправного двигателя нейтрализатор может выйти из строя из-за тепловых напряжений

(выше 970 °С), которым он подвергается при окислении избыточных количеств углеводородов. При тепловых

напряжениях керамические блоки нейтрализатора могут разрушиться (закупориться), вызвав повышение

противодавления.

Оснащение каталитическим нейтрализатором требует использования бензина без содержания свинца.

Возможной причиной выхода из строя нейтрализатора является применение этилированного бензина.

Содержащийся в нем тетраэтилсвинец за короткое время приводит к отравлению нейтрализатора, что

значительно снижает эффективность его действия потому что он разрушает каталитическое действие

благородных металлов (рис....). Также причиной выхода из строя нейтрализатора является применение

прокладок, содержащих силикон, и использование не рекомендованных типов моторных масел с повышенным

содержанием серы и фосфора.

Трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор


вход

отработавших


выход ОГ

газов


_________________________________________________________________________


_________________________________________________________________________


_________________________________________________________________________


теплоизоляция


защитный кожух


прокладка


верхний полукорпус


экран


монолитный катализатор


нижний полукорпус

керамичес-

кие соты


покрытие


(глинозём)


Catalytic converter cutaway view


20

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Рис. Test for excessive exhaust backpressure


(ТЕСТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОТИВОДАВЛЕНИЯ ВЫПУСКНОЙ СИСТЕМЫ)


___________________________________


___________________________________


___________________________________


___________________________________


___________________________________


___________________________________


___________________________________


1 BACK PRESSURE GAGE (МАНОМЕТР ИЗМЕРЕНИЯПРОТИВОДАВЛЕНИЯ)2. OXYGEN SENSOR (O2S)

(ДАТЧИК КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА В «ОГ»)

3 EXHAUST MANIFOLD (ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР)


Рис. CATALYST PORE AND REACTION

Каталитическая пористая структура и реакция

Catalyst pore and reaction

BASE

METAL

NOBLE

METAL

SITES

SITES


MACROPORE


ALUMINA

MICROPORES


NOBLE METAL "SITE"

("A" CONVERTED TO "B")

1. Молекула «А» должна диффундировать на поверхность глинозёма

A molecule of "A" must diffuse to the surface от the alumina.

2. Она диффундирует в глинозёме.

It diffuses within the alumina

3. Абсорбция «А» в активной точке

Absorption of "A" at an active site

4. Реакция трансформации «А» в «В».

ALL AT SAME SITE

21

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Reaction transforming "A" into "B".

5 .Десорбция молекулы «В».

The molecule of "B" is desorbed.

6. Обратная диффузия "в" через поры на поверхность

"В" diffuses back through the pores to the exterior.

Рис. THERMALLY DAMAGED PORE

Повреждение каталитической поры

под воздействием температуры

BASE METAL


NOBLE METAL

SITES


SITES

макропора

микропоры

ALUMINA

глинозём

Рис. Poisoned catalyst pore POISONED CATALYST PORE

Отравление каталитической поры


BASE METAL


NOBLE METAL

SITES

SITES

Poisons

Poisons


MACROPORE


ALUMINA


MICROPORE


NOBLE METAL "SITE"


("A" CONVERTED TO "B")


1. Молекула «А» должна диффундировать на поверхность глинозёма

A molecule of "A" must diffuse to the surface от the alumina.

2. Она диффундирует в глинозёме. (Отравление ограничивает диффузию)

It diffuses within the alumina (Poisons restrict this diffusion)

3. Абсорбция «А» в активной точке

Absorption of "A" at an active site

4. Реакция трансформации «А» в «В».


22

Reaction transforming "A" into "B".

5. Десорбция молекулы «В».

The molecule of "B" is desorbed.

6. Обратная диффузия "в" через поры на поверхность

(Отравление также ограничивает эту диффузию)

"В" diffuses back through the pores to the exterior. (Poisons also restrict this diffusion)


Система зажигания

Задачи

Задачей системы зажигания является воспламенение сжатой топливовоздушной смеси в требуемый момент и тем

самым инициализация процесса сгорания. В двигателе Отто это происходит от электрической искры, т.е. от

кратковременного дугового разряда между электродами свечи зажигания. Хорошо работающее в любых условиях

зажигание создаёт предпосылки для безупречной работы каталитического нейтрализатора. Перебои в

зажигании ведут к повреждению и разрушению каталитического нейтрализатора вследствие его перегрева при

догорании несгоревшей смеси.

Требования

Воспламенение смеси

Для воспламенения топливовоздушной смеси посредством электрической искры требуется примерно 0,2 мДж.

энергии на одну искру при условии стехиометрического состава смеси. Для богатых и бедных смесей требуется

энергия более 0,3 мДж. Эта энергия - только малая часть имеющейся в свече общей энергии зажигания. Если

энергия зажигания мала, то зажигания не произойдет, т.к. смесь не сможет воспламениться. Поэтому

количество энергии должно быть достаточным, так чтобы и в самых неблагоприятных условиях

топливовоздушная смесь уверенно воспламенялась. Вполне достаточно, чтобы около искры находилось

незначительное количество смеси. Воспламенившись, это количество поджигает остальную смесь в цилиндре,

начав тем самым процесс сгорания топлива. Хорошая подготовка смеси и её лёгкий доступ к искре улучшает

качество зажигания, чему также способствует увеличенная продолжительность и ток искрового разряда и

увеличение зазора между электродами. Положение искры и её «длина» - искровой промежуток определены свечей

зажигания, её продолжительность - типом и исполнением аппаратуры зажигания, а также условиями, в которых

зажигание происходит .

Возникновение искрового разряда

Искра между двумя электродами может возникнуть только при наличии достаточно высокого напряжения.

Напряжение на электродах свечи возрастает к моменту зажигания от нуля скачкообразно, пока не достигнет

напряжения пробоя (напряжение зажигания). Как только искровой промежуток пробит, напряжение на свече

зажигания падает до напряжения горения.

За время горения искры (продолжительность искрового разряда) топливовоздушная смесь имеет возможность

воспламениться. После прекращения горения происходит всплеск затухающих волнообразных колебаний

напряжения (рис. 1?). Желательная сама по себе сильная турбулизация смеси может привести к сдуванию искры

и тем самым к неполному сгоранию. Поэтому накопленная в катушке зажигания энергия должна быть

достаточной для одно- или (в случае необходимости) для многократного последующего искрообразования.

Создание высокого напряжения и накопление энергии

Катушка зажигания

Задача

Требуемое для пробоя искрового промежутка высокое напряжение в батарейных системах зажигания

повышается в основном с помощью катушки зажигания. Катушка зажигания накапливает необходимую

энергию зажигания и вырабатывает требуемое высокое напряжение для создания искры в момент зажигания


23

Устройство и функция

При индуктивном зажигании она выполняет функцию накопителя энергии зажигания. Катушка зажигания

разработана так, что создаваемое ею высокое напряжение, должно значительно превышать требуемое для

пробоя межэлектродного зазора свечи зажигания: максимально развиваемое высокое напряжение составляет

30...35 кВ, пробивное – 15....25, при энергии искрового разряда в 60...120 мДж.

Принцип действия катушки зажигания основывается на законе индукции и взаимоиндукции. Современные

катушки зажигания состоят из замкнутого железного сердечника, составленного из отдельных пластин и

индуктивного контура, который состоит из двух магнитосвязанных медных обмоток (первичной и вторичной

обмотки). Первичная обмотка расположена непосредственно на сердечнике, снаружи находится вторичная обмотка,

которая в целях улучшения изоляции изготовлена из кольцевых или секционных обмоток. Вся конструкция

заключена внутри пластмассового корпуса. Корпус в целях изоляции обмоток и сердечника залит эпоксидной

смолой (Рис.....). Накопленная энергия магнитного поля первичной обмотки передаётся на вторичную. Ток и

напряжение преобразовываются в зависимости от соотношения чисел витков обмоток (коэффициент

трансформации) с первичной на вторичную цепь (рис. ....?)Исполнение и параметры катушек зажигания

подбираются соответственно применению

Формирование высокого напряжения

Блок управления включает коммутатор зажигания на расчётное время замкнутого состояния. В течение этого

времени первичный ток катушки зажигания возрастает до заданного уровня.

Величины заданного тока и индуктивности первичной обмотки определяют накопленную в магнитном поле

энергию системы зажигания. В момент зажигания коммутатор прерывает электрическую цепь. Во вторичной

обмотке катушки зажигания под влиянием изменения магнитного поля индуцируется вторичное напряжение.

Максимально возможное вторичное напряжение зависит от накопленной энергии системы зажигания

(определяемой напряжением и током разрыва), параметров обмотки и коэффициента трансформации катушки

зажигания, нагрузки вторичного контура и ограничения первичного напряжения в коммутаторе зажигания.

Величина вторичного напряжения должна быть в любом случае выше, чем напряжение, требуемое для образования

искры на свече зажигания (пробивное напряжение зажигания). Энергия искрового разряда для воспламенения

смеси должна быть достаточной и на случай последующего искрообразования.

При включении первичного тока на вторичной обмотке индуцируется нежелательное напряжение примерно в

1...2 кB (напряжение включения); оно имеет полярность, обратную высокому напряжению. Образование искры на

свече (искра включения) происходить не должно. При системах с динамическим распределением высокого

напряжения возникновение искры включения эффективно подавляется за счёт включения искрового промежутка

распределителя. При статическом распределении высокого напряжения с индивидуальной катушкой зажигания

диод в цепи высокого напряжения предотвращает искру включения. При статическом распределении высокого

напряжения с двухвыводной катушкой зажигания за счёт высокого пробивного напряжения последовательного

включения двух свечей зажигания появление искры включения подавляется без дополнительных мероприятий

Высоковольтный контур

В высоковольтном контуре систем зажигания вырабатывается необходимое для зажигания высокое

напряжение и подаётся в требуемый момент на свечу зажигания. Высоковольтный контур систем впрыска

может быть выполнен различно. Высоковольтная цепь с одной катушкой зажигания, одним коммутатором

зажигания и распределителем высокого напряжения (динамическое распределение высокого напряжения,

ДРВН (Рис.....?). Высоковольтная цепь с индивидуальной катушкой зажигания и коммутатором зажигания на

каждый цилиндр (поцилиндровое, статическое распределение высокого напряжения, ПРВН, рис....)

высоковольтная цепь с двухвыводной катушкой зажигания и одним коммутатором зажигания для двух

цилиндров (статическое распределение высокого напряжения, СРВН, рис...). 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 первичной и вторичной обмотках, ток искрообразования одной

свечи всегда протекает с центрального электрода на боковой, а второй - с бокового на центральный


24

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Рис 1: Протекание напряжения на свече зажигания при

Рис. Протекание тока во вторичной цепи

спокойной или малоподвижной смеси

К напряжение пробоя, S напряжение горения, ГР продолжительность искры


Распределение высокого напряжения

Динамическое распределение высокого напряжения (ДРВН)

В обычных системах зажигания высокое напряжение катушки зажигания распределяется посредством

механического распределителя, на каждый отдельный цилиндр. В связи с тем, что функции распределителя

зажигания (механическое изменение угла от частоты вращения и нагрузки) в системе впрыска осуществляются

электронно, могут быть применены упрощённые распределители высокого напряжения.

Отдельными деталями распределителя высокого напряжения являются:

- изолирующая крышка

- бегунок с помехоподавляющим резистором

- крышка распределителя с высоковольтными выводами

- помехоподавительная крышка

- Распределительный ротор находится при этом прямо на распределительном валу.

Распределение высокого напряжения гарантировано только в определённом диапазоне углов зажигания, который с

увеличением числа цилиндров уменьшается. У 6-цилиндровых систем центробежный регулятор может

значительно расширить этот диапазон, у 8-цилиндровых систем в большинстве случаев для этого требуется разделение

на две 4-цилиндровые группы


СИСТЕМЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ЗАЖИГАНИЯ


Статическое распределение высокого напряжения (СРВН)

Каждый цилиндр снабжен катушкой зажигания и коммутатором зажигания, которые соответственно

управляют последовательностью работы цилиндров по командам блока управления впрыска. В связи с тем, что

потери от распределения исчезли, появилась возможность значительно уменьшить размеры этих катушек. Чаще

всего их монтируют прямо на свече зажигания (рис 2?). Статическое распределение высокого напряжения с

индивидуальной катушкой зажигания универсально для любого числа цилиндров. Больше нет ограничений

величины угла зажигания; разумеется, эта система должна дополнительно синхронизироваться через датчик

положения распределительного вала.


25

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Рис. 2; Индивидуальная катушка зажигания.

Рис 3: Двухвыводная катушка зажигания.

1 наружный штекер низкого напряжения,


1 штекер низкого напряжения, 2 сердечник из

2 пластинчатый сердечник из железа,


железа, 3 первичная обмотка,4 вторичная обмотка

3 первичная обмотка, 4 вторичная обмотка,


5 выводы высокого напряжения

5 внутреннее подключение высокого напря

6 жения через подпружиненный контакт

7

свеча зажигания

Системы с двухвыводной катушкой зажигания

Катушка зажигания и коммутатор в этом случае обслуживают два цилиндра. Концы вторичной обмотки катушки

подключены соответственно к свечам различных цилиндров. Цилиндры выбраны так, что в то время, когда один из

них находится в такте сжатия, другой производит выпуск. В момент зажигания на обеих свечах зажигания

образуется искра. При этом должна быть уверенность, что при появлении её в момент выпуска (паразитная искра),

остаточные или свежие газы в цилиндре не воспламенятся. При этом ограничение возможного диапазона угла

зажигания незначительно. Данная система не должна синхронизироваться с распределительным валом (рис. 3?).

Требуется примерно на 30% больше напряжения для срабатывания свечи напряжения в

обратном направлении (от внешнего электрода к центральному), чем при традиционной системе (от

центрального электрода к внешнему). Это происходит потому, что электроны более свободно

отрываются от горячей поверхности, чем от холодной. Поток электронов (ток) во вторичной

электрической цепи системы зажигания движется от центрального электрода к электроду с

внешней стороны. Поверхность центрального электрода находиться в горячем состоянии в то время,

как внешний электрод холодный, поскольку он легко проводит тепловую энергию на головку блока

цилиндров.

В прошлом техников предупреждали, чтобы они не изменяли полярность первичной

обмотки катушки зажигания - в противном случае искра может быть слабой или будет пропуск

зажигания. Это происходило частично из-за ограничений первичного тока на катушке зажигания

(3-5амп), и по этой причине катушка зажигания не производила более 20-35 кВ. Фактически, это не вина

катушки зажигания; она выдаст такое же напряжение независимо от полярности первичной

обмотки. Проблема обратной полярности была вызвана характеристиками свечей зажигания.

На автомобилях с традиционной системой зажигания пропуски зажигания при высоких нагрузках на

двигатель могут действительно произойти, если поменять полярность первичной обмотки.

Высокие нагрузки требуют большего вторичного напряжения для срабатывания свечей. На холостом

ходу, ввиду малых требований к вторичному напряжению, такие проблемы не отмечаются.

В системе непосредственного зажигания полярность первичной и вторичной обмотки катушки

зажигания неизменна. Одна свеча всегда срабатывает "с передним током", а парная свеча - с

реверсным. В этом отличие от традиционной системы зажигания, при которой все свечи

срабатывают с одним направлением тока. Поскольку прямое зажигание требует дополнительно

30% напряжения для реверсного срабатывания свечей, конструкция катушки была доработана с

целью увеличения времени насыщения и первичного тока. Такое изменение конструкции позволило

обеспечить более высокое вторичное напряжение от катушки зажигания - свыше 40 кВ при любых

оборотах двигателя. Напряжение, которое требуется каждой отдельной свече, определяется

полярностью и давлением в цилиндре. При сжатии требуется более высокое напряжение для

получения искры. Полезная информация по системам непосредственного зажигания


26

Автомобиль Chevrolet Niva

А. Вторичное напряжение катушки зажигания на выходе может достигать очень большей

величины - свыше 40 000 вольт. При работающем двигателе следует избегать контакта с

высоковольтными деталями системы непосредственного. зажигания; в противном случае

имеется вероятность получения травмы.

Б. Ни один из концов первичной или вторичной обмотки не соединяется с "массой"

двигателя.

В. При обслуживании системы зажигания следует принять меры к тому, чтобы не

повредить высоковольтные провода или наконечники. Перед снятием наконечника со свечи

или с катушки необходимо сначала провернуть и ослабить его во избежание

повреждения. Не допускается в целях проверки прилагать усилие к высоковольтным

проводам или наконечникам. Если для подключения контрольной лампы нарушается

изоляция, то проблемы в будущем неизбежны.

Г. Традиционный тахометр для проверки оборотов двигателя от "провода

тахометра" первичного зажигания не будет работать в системе непосредственного

зажигания. Для проверки оборотов можно использовать следующее:

тахометр с индуктивным датчикомfприменяемый во вторичной обмотке системы

зажигания. Эти тахометры имеют специфический "зажим", который идет вокруг

провода свечи зажигания. Тахометр следует установить на"2-цикловый рабочий режим",

потому, что свечи зажигания на данном двигателе срабатывают каждый раз у когда поршень

доходит до ВМТ. Если "2-цикловый режим" невозможен, то показание 4-х циклов следует

разделить пополам

Коммутатор зажигания

Задача и функция

Коммутатор зажигания с многокаскадными силовыми транзисторами служит для включения и выключения

первичного тока через катушку зажигания. Он заменяет ранее применявшийся в системе зажигания прерыватель

или одноканальный коммутатор. Дальнейшей задачей коммутатора зажигания является ограничение первичного

напряжения и тока. Ограничение первичного напряжения предотвращает превышение вырабатываемого высокого

напряжения, а тем самым повреждение деталей вторичного контура. Ограничение первичного тока

поддерживает энергию системы зажигания в предусмотренных пределах. Бывают внутренние (встроенные в

блок управления) и внешние (расположенные отдельно) коммутаторы зажигания или совмещенные с модулем

зажигания.


_____________________________________________


_____________________________________________


_____________________________________________


_____________________________________________

_____________________________________


_____________________________________


_____________________________________

Рис.....Система зажигания с динамическим


распределением высокого напряжения


Модуль зажигания

(рис. ....?) Система зажигания не имеет подвижных деталей и поэтому не требует обслуживания. Она также не

имеет регулировок, т.к. управление зажиганием полностью электронное. Управление зажиганием осуществляется

контроллером, использующим информацию о режиме работы двигателя, получаемую от датчиков системы

управления двигателем


27

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

В системе зажигания применяется Модуль зажигания (рис. 1.4-02? и 1.4-03) содержит две двухвыводные катушки

зажигания и двухканального электронного коммутатора с двумя мощными транзисторными вентилями для

коммутации тока первичных обмоток катушек зажигания. Модуль зажигания имеет следующие четыре цепи:

Цепь питания. Напряжение бортсети автомобиля поступает с выключателя зажигания на контакт "D" модуля

зажигания.

Цепь массы. Цепь соединения с массой идет с блока цилиндров на контакт "С" модуля зажигания.

Цепь управления зажиганием 1 и 4 цилиндров. Контроллер формирует сигнал управления зажиганием на контакт

"В" модуля зажигания. Этот сигнал используется для коммутации первичной обмотки катушки зажигания, выдающей высокое напряжение на свечи зажигания цилиндров 1,4.

Цепь управления зажиганием 2 и 3 цилиндров – по контакту "А", аналогично 1 – 4


Соединительные и помехоподавляющие средства

Высоковольтные провода

Высокое напряжение катушки зажигания должно подаваться к свечам зажигания. Для этого применяются

устойчивые к высоким напряжениям силиконовые провода с двухслойной изоляцией, на концах которых

находятся подходящие высоковольтные контактные наконечники. В связи с тем, что каждый из них представляет

ёмкостную нагрузку для системы зажигания и тем самым снижает вырабатываемое вторичное напряжение,

провода во избежание этого должны быть как можно короче

Свечи зажигания

Свеча зажигания является керамическим изолированным, газоуплотнённым передатчиком высокого напряжения в

камеру сгорания. Искровой промежуток между центральным электродом и массой при достижении напряжения

зажигания становится проводящим, и остаточная энергия катушки зажигания преобразуется в искру,

воспламеняющую смесь в камере сгорания.

Величина напряжения зажигания зависит от зазора между электродами, геометрии электродов, давления в камере

сгорания и коэффициента избытка воздуха смеси в момент зажигания.

В процессе работы электроды свечи обгорают. Вследствие этого требуемое напряжение зажигания растёт и на

всех режимах должно обеспечиваться вторичным напряжением системы зажигания в течение предусмотренных

интервалов замены свечей


28

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Рис. Схема управления системой зажигания


Регулировка угла замкнутого состояния

При помощи таблицы характеристик угла замкнутого состояния производится регулировка времени протекания

тока через катушку зажигания в зависимости от частоты вращения и напряжения батареи так, чтобы во время

работы по истечении угла замкнутого состояния достигался необходимый первичный ток в широком диапазоне

режимов. Исходя из времени зарядки катушки зажигания, которое зависит от напряжения батареи, определяется

время замкнутого состояния (рис. 3). Дополнительное динамическое упреждение делает возможным также и при

резких скачках частоты вращения в сторону повышения получение необходимого тока. Ограничение времени

зарядки в области повышенных частот вращения должно обеспечивает необходимую продолжительность искры.

Вторым изменением при частоте свыше 500 об/мин касается длительности замкнутых контактов

в режиме управления по замкнутой петле. (Имеется в виду длительность прохождения тока

через катушку). Время замкнутого состояния ограничивает потери энергии (а значит, тепла) за

счет ограничения замкнутого состояния контактов. Модуль зажигания "предугадывает" на основе

анализа оборотов и угла опережения, в какой момент разрядить катушку. Затем он вычитает время,

необходимое конкретной катушке для достижения величины ограничения по току. После этого,

модуль будет отсчитывать время от предыдущего срабатывания катушки до момента расчетного

включения. В этот момент пойдет ток зажигания и, при постоянных оборотах, как раз достигнет

величины ограничения, после чего происходит выключение. Если двигатель резко набирает

обороты, сила тока должна достичь не менее 90% лимитной величины. Это обеспечит минимум 90%

напряжения вторичной обмотки, (обычное напряжение составляет более 33 кВ). Если обороты

двигателя замедляются, ток задержится на предельной величине до момента выключения. Это

обеспечивает сохранение максимального напряжения на вторичных обмотках


Рис. 3: Первичный ток при различном напряжении бортсети.


29

Напряжение аккумуляторной батареи

При низком напряжении батареи необходимо также продлить время замкнутого состояния цепи зажигания,

чтобы катушка зажигания могла накопить достаточно энергии для искрообразования.

Регулирование угла опережения зажигания

Параметрическая таблица с базовым углом опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя и частоты

вращения запрограммирована в блоке управления. Этот угол оптимизируется по критериям расхода топлива и

эмиссии отработавших газов. Путем определения температуры двигателя и воздуха на впуске (измерение датчиками)

производится учёт температурных изменений. Другие эффективные корректировки или же переключения на

другие характеристики дают возможность настройки на каждое рабочее состояние. Таким образом, удается

реализовать функциональное взаимодействие между крутящим моментом, составом отработавших газов, расходом

топлива, склонностью к детонации и ходовыми качествами (например, ускорение). Кроме того, учитываются

различные рабочие режимы, как холостой ход, частичная и полная нагрузки, пуск и разгон. На рисунке 4 показана

последовательность расчёта угла опережения зажигания.


Момент зажигания и токсичность

Зависимость удельного расхода топлива и вредных выбросов от коэффициента избытка воздуха и момента

зажигания показана на рисунках 4 и 5. Удельный расход топлива с возрастанием коэффициента избытка воздуха

сначала падает и возрастает снова при λ = 1,1...1,2. Оптимальный угол зажигания, при котором устанавливается

самый низкий удельный расход топлива, увеличивается при повышении коэффициента избытка воздуха.

Зависимость удельного расхода топлива от коэффициента избытка воздуха объясняется тем, что при оптимальном

моменте зажигания сгорание в условиях богатой из-за недостатка воздуха смеси протекает не полностью, а в

условиях бедной смеси, при приближении к границам воспламеняемости, сгорание затягивается, а также возникают

его перебои, что ведёт к увеличению расхода топлива. Увеличение оптимального угла опережения зажигания с

ростом коэффициента избытка воздуха основано на том, что задержка воспламенения с повышением коэффициента

избытка воздуха возрастает. Это явление должно корректироваться посредством сдвига момента зажигания в

сторону опережения.

Аналогичный характер имеет эмиссия СН, минимум которой также лежит при λ = 1,1. Её возрастание в области

бедных смесей зависит от охлаждения стенок камеры сгорания. В результате этого охлаждения гасится пламя. В

экстремально бедном режиме возникает затянутое сгорание и его перебои, что при приближении к границе

воспламеняемости повторяется всё чаще. Коррекция момента зажигания на более ранний действует при λ > 1,2 в

сторону повышения эмиссий СН, сдвигая при этом границу воспламенения в сторону обедненной смеси. Поэтому в

обедненном режиме при λ > 1,25 при более раннем моменте зажигания эмиссия СН снижается. Совершенно по

другому протекает эмиссия окислов азота (NОХ). Она возрастает с увеличением концентрации кислорода (О2) и с

возрастанием температуры сгорания до максимума. Тем самым получается колоколобразная кривая эмиссии

NOx: возрастание до λ = 1,05 по причине возрастания концентрации О2 и максимальной температуры сгорания, а

затем резкое падение при обеднении смеси из-за быстрого падения максимальной температуры сгорания на

основе обеднения смеси. Этим объясняется и сильное влияние момента зажигания. Эмиссия NOx сильно

возрастает с увеличением угла опережения зажигания. Если бы предписания по охране окружающей среды

потребовали бы р а б о т ы д в и г а т е л я в р е ж и м е λ = 1,2...1,4, то требования к корректору опережения

зажигания были бы значительно выше. Для систем нейтрализации токсичности отработавших газов с

трёхкомпонентным нейтрализатором, требуется состав смеси λ = 1, так что лишь угол опережения может быть

принят за оптимизирующий критерий


Момент зажигания и его коррекция

С момента воспламенения смеси до её полного сгорания проходит примерно 2 миллисекунды. При однородной

смеси это время остаётся постоянным. Поэтому искра зажигания должна возникнуть в тот момент, когда

давление сгорания при разных рабочих режимах двигателя было бы оптимальным. Принято определять момент

зажигания по положению коленчатого вала относительно верхней мёртвой точки (ВМТ) и обозначать его в

градусах до ВМТ по направлению вращения. Этот угол называют углом опережения зажигания. Сдвиг момента

зажигания в сторону ВМТ считается поздним и сдвиг от ВМТ (против вращения) - ранним зажиганием.

Момент зажигания должен быть выбран так, чтобы были выполнены следующие требования:

- максимальная мощность

- экономный расход топлива

- предотвращение детонации и

- "чистый" выхлоп


30

Автомобиль Chevrolet Niva

Все эти требования не могут быть выполнены одновременно, поэтому иногда не обходимы компромиссы. Каждый

наилучший момент зажигания зависит от многих факторов, особенно от частоты вращения двигателя, его

нагрузки и конструкции, от топлива, а также специфических рабочих режимов двигателя (например: пуск,

холостой ход, полная нагрузка, принудительный холостой ход). Основную настройку момента зажигания для

текущего рабочего режима двигателя обеспечивает устройство коррекции момента зажигания по частоте

вращения и нагрузке двигателя. Предпочитаемая сегодня высокая степень сжатия смеси в двигателях Отто

вызывает значительно более высокую опасность детонации, нежели ранее применявшиеся степени сжатия.

Детонация двигателя происходит вследствие взрывного сгорания частиц смеси, до которых не дошел фронт пламени

от искры зажигания. В этом случае момент зажигания находится в положении слишком "раннее". Детонация

ведёт к повышению температуры в камере сгорания, отчего возможно калильное зажигание, а также к резкому

возрастанию давления. Взрывное сгорание создаёт колебания давления, значительно превышающие нормальное

давление сгорания (рис. 3?). Различаются два вида детонации: детонация при разгоне при малых оборотах и

большой нагрузке (слышна как звон) и высокооборотная детонация при больших частотах вращения и большой

нагрузке. Высокооборотная детонация является для двигателя особо критичной. Из-за шума двигателя её не

слышно. Поэтому слышимые стуки не дают полной картины детонации, но электронная техника позволяет её

точно замерить. Продолжительная детонация разрушительно действует на двигатель(пробой прокладки головки

блока, вкладышей, прогар поршня) и свечи зажигания. Склонность к детонации зависит так же и от конструкции

двигателя (на пример: конфигурации камеры сгорания, равномерности состава топливовоздушной смеси,

движения потока во впускном тракте) и от топлива


В с Рис. 3: Диаграмма давления в камере сгорания при различных углах опережения зажигания.

1 зажигание Za в правильный момент

2 зажигание Zb слишком раннее

(детонационное сгорание)

3 зажигание Zc слишком позднее

Детонационное сгорание

В двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием при определённых условиях могут возникнуть

аномальные процессы сгорания, которые ограничивают повышение мощности и коэффициента полезного

действия. Этот нежелательный процесс сгорания называется детонацией (проявляется в виде „звона") и

является следствием самовоспламенения ещё неохваченной пламенем свежей смеси. Нормально начавшееся

сгорание и сжатие смеси поршнем обуславливают повышение давления и температуры, которые вызывают

самовоспламенение оставшихся газов (ещё несгоревшей смеси). При этом скорость распространения пламени

может быть выше 2000 м/сек, в то время как скорость нормального сгорания составляет около 30 м/сек. При

этом ударном сгорании в оставшихся газах создаётся высокое давление. Его ударная волна при распространении

давит на стенки камеры сгорания. При длительной детонации повышенное давление и термическая нагрузка

могут привести к механическим повреждениям прокладки головки цилиндров, поршня и головки в зоне клапанов.

Характерные колебания детонационного сгорания регистрируются датчиками, преобразуются в электрические

сигналы и передаются в систему ЭБУ (рис. 17 и 18). Необходимо тщательно определить количество

детонационных датчиков и их расположение, чтобы гарантировать надёжное определение детонации для всех

цилиндров и рабочих режимов двигателя, особенно при высоких оборотах и нагрузках. Обычно 4-цилиндровые

рядные двигатели оснащены одним датчиком детонации, 6-цилиндровые двумя, 8- и 12-цилиндровые двумя и более

(рис 19


31

Детонационное регулирование

Электронное управление моментом зажигания даёт возможность очень точно управлять углом опережения

зажигания в зависимости от частоты вращения, нагрузки и температуры. Несмотря на это необходим

надежный запас до предела детонации. Это нужно в связи с тем, чтобы и в случае склонности к детонации,

имея ввиду допуски и старение двигателя, условия окружающей среды и качество топлива, ни один

цилиндр не достигал бы или не уходил бы за предел детонации. Выбор параметров двигателя, исходя из

этих соображений, ведёт к пониженной степени сжатия, поздним моментам зажигания и тем самым к

ухудшению расхода топлива и крутящего момента.

Эти недостатки можно устранить с помощью детонационного регулирования. При этом, как показывает

опыт, достигается повышение степени сжатия двигателя, а также существенное улучшение расхода топлива

и крутящего момента. Предваряющая установка момента зажигания должна теперь подбираться не по

самым неблагоприятным детонационным факторам а наоборот по самым благоприятным (например,

степень сжатия двигателя по нижнему допустимому пределу, лучшее качество топлива, не склонный к

детонации цилиндр). Теперь каждый цилиндр двигателя может в течение всего срока службы работать

почти на всех рабочих режимах у своего предела детонации, а тем самым с оптимальным коэффициентом

полезного действия. Предпосылкой для такого выбора угла опережения зажигания является надёжное

определение детонации начиная от её определённой интенсивности для каждого отдельного цилиндра во

всем диапазоне режимов двигателя. Для распознавания детонации производится измерение характерных

для неё колебаний одним или несколькими, установленными в подходящих для этого местах двигателя,

приемниками звуковых колебаний в твердых телах, датчиками детонации, которые преобразуют детонацию

в электронные сигналы и передают их в блок ЭБУ для дальнейшей обработки. Там производится

соответствующий алгоритмический расчёт для распознавания детонации в каждом цилиндре и для каждого

такта сгорания. Зарегистрированное детонационное сгорание у соответствующего цилиндра приведёт к

смещению момента зажигания в сторону „позднее" на запрограммированную величину. Если детонации

больше нет, производится обратное ступенчатое смещение момента зажигания в сторону „раннее" до

величины предварительной настройки.

Алгоритм распознавания и регулирования детонации согласуются таким образом, чтобы не возникла

слышимая и разрушающая двигатель детонация (рис 10).

Адаптация

На реальных рабочих режимах двигателя для отдельных цилиндров создаются различные пределы детонации, а

тем самым и различные моменты зажигания. Для адаптации величин предварительной настройки момента

зажигания на соответствующий предел детонации производится запоминание смещения момента зажигания

индивидуально для каждого цилиндра в зависимости от рабочей точки.

Это запоминание производится в табличных характеристиках по нагрузке и частоте вращения в неразрушающемся

ОЗУ Благодаря этому двигатель может работать и при быстром изменении нагрузки и частоты вращения в каждой

рабочей точке с оптимальным коэффициентом полезного действия и предотвращением слышимого детонационного

сгорания. Возможно даже использование топлива с низкой детонационной стойкостью. Обычно калибровка

подразумевает использование бензина марки „Супер". Допускается и работа на бензине „Нормаль


ру.Гашение детонации

Для предотвращения повреждений внутренних деталей двигателя в результате продолжительной детонации

ЭСУД корректирует угол опережения зажигания. Для обнаружения детонации в системе имеется датчик

детонации, см. раздел 1.1 Контроллер анализирует сигнал этого датчика и при обнаружении детонации,

характеризующейся повышением амплитуды вибраций двигателя в определенном диапазоне частот,

корректирует угол опережения зажигания по специальному алгоритму. Корректировка угла опережения

зажигания для гашения детонации производится индивидуально по цилиндрам, т.е. определяется, в каком

цилиндре происходит детонация, и уменьшается угол опережения зажигания только для этого цилиндра. В

случае неисправности датчика детонации в память контроллера заносится соответствующий код

неисправности и включается лампа «CHECK ENGINE». Кроме того, контроллер в зависимости от режима

работы двигателя устанавливает пониженный угол опережения зажигания, исключающий появление детонации.


32

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Рис. 17:Датчик детонации .

1 сейсмическая масса, 2 заливочная масса, 3 пьезокерамика, 4 контакт, 5 штекер


Частота вращения, положение коленчатого и распределительного валов

Частота вращения и положение коленчатого вала

Положение поршня в цилиндре является определяющим для определения момента зажигания. Поршни всех

цилиндров соединяются с коленчатым валом шатунами. Датчик на коленчатом валу выдаёт информацию о

положении поршней всех цилиндров. Скорость, с которой происходит изменение положения коленчатого вала,

называется частотой вращения и определяется количеством оборотов коленчатого вала в минуту. Эта важная для

системы впрыска входная величина также рассчитывается исходя из сигнала о положении вала. Несмотря на то, что

датчик даёт сигнал о положении коленчатого вала, на основании которого блок управления рассчитывает частоту

вращения, вошло в привычку называть его датчиком частоты вращения.

Сигнал положения коленчатого вала

На коленчатом вале установлен ферромагнитный зубчатый диск с расчётным числом зубьев 60, при этом 2 из них

отсутствуют. Индуктивный датчик частоты вращения производит последовательный отсчёт этих 58 зубьев. Он

состоит из постоянных магнитов и сердечника из мягкого железа с медной обмоткой (рис. 12?). При прохождении

зубьев через зону чувствительного элемента, в нём изменяется магнитный поток. Возникает индукция (ЭДС)

переменного напряжения (рис. 13?). Амплитуда переменного напряжения уменьшается при увеличении расстояния

между датчиком и зубчатым диском и растёт с увеличением частоты вращения. Достаточная амплитуда имеет место

уже при минимальной частоте вращения (20 мин~1). Геометрия зубьев и полюсов должны соответствовать друг

другу. Блок управления формирует из синусоидального напряжения с сильно меняющейся амплитудой

прямоугольное напряжение с постоянной амплитудой Рис....

Расчёт положения коленчатого вала

Боковые фронты прямоугольного напряжения передаются через вход прерываний на процессор. Если

актуальный период прохождения фронтов в два раза больше как предыдущего так и последующего, то происходит

распознавание опорного промежутка в зубьях. Он сопряжен с определенным положением коленчатого вала для

цилиндра №1. Процессор производит в данный момент синхронизацию положения коленчатого вала. При каждом

последующем положительном или отрицательном фронте от боковых кромок зубьев процессор производит

дальнейший отсчёт положения коленчатого вала на три градуса. Подача сигнала зажигания должна производиться

с меньшими шагами. Период между двумя боковыми кромками зубьев разделяется поэтому на четыре

отрезка. К каждой боковой кромке зуба можно привязать один, два или три таких отрезка времени (благодаря

этому можно производить выдачу сигнала зажигания с шагом 0,75 градуса).

Расчёт сегментного интервала и частоты вращения по сигналу датчика

Цилиндры четырёхтактного двигателя имеют такое смещение, что после двух оборотов коленчатого вала

(720) 1 цилиндр может вновь начинать рабочий цикл. Это смещение составляет средний промежуток между

вспышками, длительность которого называется сегментным интервалом TS. При равномерном распределении

данного смещения это означает: 4 цилиндра – 180 О, 30 зубьев.

В течение сегментного интервала производится новый расчёт параметров зажигания и впрыска. Частота

вращения определяет среднее число оборотов коленчатого вала за сегментный интервал и является обратно

пропорциональной ему величиной.

Положение распределительного вала

Распределительный вал управляет впускными и выпускными клапанами двигателя. Частота его вращения в

два раза ниже, чем частота вращения коленчатого вала.

При движении поршня в верхнюю мёртвую точку распределительный вал определяет по положению

впускных и выпускных клапанов, находится ли поршень в такте сжатия с последующим зажиганием или же в

такте выпуска газов. Эту информацию, исходя из положения коленчатого вала, получить невозможно. Если

система зажигания имеет высоковольтный распределитель, который механически связан с распределительным


33

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

валом, то ротор распределителя определяет нужный цилиндр и информация о положении распределительного

вала для выдачи сигнала зажигания блоку управления не нужна.

В противоположность динамическому распределению высокого напряжения системы впрыска со

статическим распределением и индивидуальными катушками зажигания требуют дополнительную информацию.

Дело в том, что блок управления должен определять какая катушка и сопряженная с ней свеча зажигания должны

срабатывать, для чего ему нужна информация о положении распределительного вала, Также, если реализуется

индивидуальная установка момента вспрыскивания для каждого цилиндра, что имеет место при

последовательном спрыске, информация о положении распределительного вала необходима.

Сигнал датчика Холла

Обычно положение распредвала определяется датчиком Холла. Устройство распознавания положения

распределительного вала состоит из элемента Холла, через полупроводниковые пластинки которого проходит ток,

на полупроводник воздействует магнитное поле, вызывающее перпендикулярное отклонение электронов. Этот

магнитный поток управляется шторкой с прорезями, которая вращается вместе с распределительным валом. Она

состоит из ферромагнитного материала и при прохождении периодически экранирует магнитное поле, чем

создаёт на элементе Холла импульсное напряжение перпендикулярно направлению тока Напряжение с

элемента Холла имеет порядок милливольт, поэтому после обработки его микросхемой датчика формируется

прямоугольный сигнал, пропорциональный форме шторки и передаётся в блок управления в виде двоичного кода.

(рис. 13?).

Расчёт положения распределительного вала

В простейшем случае процессор проверяет наличие напряжения с датчика Холла и тем самым положение 1

цилиндра в рабочем такте в момент прохождения опорного промежутка зубчатого диска. Специальные формы

шторок позволяют использовать сигнал положения распределительного вала в качестве аварийного при

повреждении датчика частоты вращения. Разрешающая способность сигнала положения распределительного вала

является недостаточной для его применения вместо датчика частоты вращения в нормальном режиме


REAR

VIEW

ENGINE

CRANKSHAFT ROTATION


4


APPROXIMATELY 1mm

1


2


3


1 ELECTRICAL HARNESS

2 ELECTRICAL CONNECTOR

3 CRANKSHAFT SENSOR

4 58x RELUCTOR WHEEL

Рис.12: Датчик частоты вращения.

1 постоянный магнит, 2 корпус, 3 картер двигателя, 4 сердечник, 5 обмотка, 6

зубчатый диск с опорной меткой (промежуток междузубьями).

58 TOOTH

CRANKSHAFT

RELUCTOR WHEEI


ELECTRONIC CONTROL MODULE

CRANKSHAFT

SENSOR


CRANKSHAFT SENSOR INPUT SIGNAL "HIGH"

высокий уровень входного сигнала датчика полож. коленвала

CRANKSHAFT SENSOR INPUT SIGNAL "LOW"


низкий уровень входного сигнала датчика положения коленвала


ENGINE GROUND

NOTCH

ПАЗ


34

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Рис. 13: Синхронизация сигналов зажигания, положения коленчатого и распределительного валов

а) вторичное напряжение катушки зажигания, б) сигнал датчика частоты вращения с коленчатого вала, в) сигнал датчика Холла на распределительном

валу, 1 замкнутое состояние, 2 зажигание


Регистрация рабочих режимов

Нагрузка двигателя

Одной из основных величин для расчёта цикловой подачи топлива и угла опережения зажигания является

нагрузка двигателя (регистрация нагрузки). Для определения нагрузки двигателя в системе используются

следующие чувствительные элементы:

- нитевой датчик массового расхода воздуха

- пленочный датчик массового расхода воздуха

- датчик давления во впускной трубе и

- датчик положения дроссельной заслонки.

Датчик положения дроссельной заслонки употребляется в системе преимущественно в качестве

вспомогательного датчика нагрузки дополнительно к названным выше. Иногда он употребляется и в качестве

основного датчика.

Датчик массового расхода воздуха

В случаях нитевого и пленочного датчиков массового расхода воздуха речь идёт о термических датчиках. Они

устанавливаются между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой и измеряют массу воздуха,

поступающего в двигатель (кг/ч). Принцип действия обоих датчиков одинаков. В потоке поступающего воздуха

находится электрически нагреваемое тело, которое охлаждается воздушным потоком. Схема регулирования

нагревательного тока рассчитана таким образом, что всегда имеется положительная разность температуры тела

относительно проходящего воздуха. В данном случае ток нагрева является мерой для массы воздушного потока.

При данном методе измерения производится учёт плотности воздуха, так как она также определяет величину

теплоотдачи от тела к воздуху.

Нитевой датчик массового расхода воздуха

У данного измерителя воздушной массы нагревательным элементом является платиновая нить толщиной 70 мкм.

Для компенсации температуры поступающего воздуха производится её измерение интегрированным в измеритель

температурным датчиком. Регулировочная схема состоит в основном из мостовой схемы и усилителя.

Нагреваемая нить и температурный датчик являются составными частями мостовой схемы и выполняют

функции зависящих от температуры резисторов (рис. 2-4). Ток нагрева образует на прецизионном резисторе


35

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

пропорциональный массовому потоку воздуха сигнал напряжения, который передаётся к блоку управления. С

целью предупреждения дрейфа за счёт отложения загрязнений на платиновой нити после отключения двигателя

нагревательная нить в течении одной секунды нагревается до температуры ведущей к испарению или осыпанию

отложений и тем самым очистке нити.

Пленочный датчик массового расхода воздуха

У такого датчика нагреваемым элементом является пленочный платиновый резистор (нагреватель), который

находится вместе с другими элементами мостовой схемы на керамической пластине.

Температура нагреваемого элемента измеряется зависящим от температуры резистором (поточный датчик),

который включен в мостовую схему. Раздельное исполнение нагревательного элемента и поточного датчика

является преимуществом регулировочной схемы. Нагреваемый элемент и датчик температуры воздуха термически

разделены пазами. Вся схема регулировки находится на подложке. Напряжение на нагреваемом элементе является

мерой для массы воздушного потока. Это напряжение преобразовывается электронной схемой измерителя в

напряжение совместимое с блоком управления (рис. 5-7).

Стабильность точности измерений сохраняется без прожига. В связи с тем, что засорение происходит в

основном на передней кромке датчика, установка основных элементов произведена по ходу потока на

керамической подложке. К тому же элементы распределены так, чтобы отложение засорений не оказывало бы

влияния на датчик


Рис. 5: Пленочный датчик массового расхода воздуха.

Рис. 6: Чувствительный элемент с нагреваемой

пленкой

а) корпус 6) чувствительный элемент с нагреваемой пленкой


1 керамическая подложка, 2 паз датчик компенсации температуры

(смонтирован в центре корпуса), 1 радиатор, 2 промежуточная деталь,

R^

резистор моста, Ян нагреваемый резистор

3 мощностная деталь, 4 гибридная схема, 5 чувствительный элемент,


R$

сопротивление чувствительного элемента

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) Датчик температуры воздуха (ДТВ)

В системе применен датчик массового расхода воздуха (рис. 1.1 -03) термоанемометрического типа. Он

расположен между воздушным фильтром и шлангом впускной трубы (рис. 1.1-04).прямой поток воздуха

20А 1.1-07

Рис. 1.1-03. Датчик массового расхода воздуха

Сигнал ДМРВ представляет собой напряжение постоянного тока, величина которого зависит от количества и

направления движения воздуха, проходящего через датчик. При прямом потоке воздуха (рис. 1.1-03) напряжение

выходного сигнала датчика изменяется в диапазоне 1...5 В. При обратном потоке воздуха напряжение выходного

сигнала датчика изменяется в диапазоне 0...1 В. Диагностический прибор DST-2M считывает показания датчика

как расход воздуха в килограммах в час. Допустимый расход составляет 9,5...13 кг/ч на режиме холостого хода для

прогретого двигателя и увеличивается с повышением частоты вращения коленчатого вала.


36

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

При возникновении неисправности цепи ДМРВ контроллер заносит в свою память ее код и включает контрольную

лампу «CHECK ENGINE», сигнализируя о наличии неисправности. В этом случае контроллер рассчитывает

значение массового расхода воздуха по частоте вращения коленчатого вала и положению дроссельной заслонки.

Датчик массового расхода воздуха имеет встроенный датчик температуры воздуха. Чувствительным элементом

является термистор (резистор, изменяющий сопротивление в зависимости от температуры), установленный в

потоке воздуха. Выходной сигнал ДТВ представляет собой напряжение постоянного тока в диапазоне 0...5 В,

величина которого зависит от температуры воздуха, проходящего через датчик. Контроллер использует

показания ДТВ для расчета длительности импульсов впрыска топлива. Особое значение это имеет при пуске

двигателя.

При возникновении неисправности цепи ДТВ контроллер через определенное время заносит в свою память ее код и

включает контрольную лампу "CHECK ENGINE", сигнализируя о наличии неисправности.


Рис. 7: Схема пленочного датчика массового расхода воздуха.

датчик компенсации температуры, RH нагреваемый резистор, R^, R& мостовые сопротивления, UM измерительное напряжение, нагревательный ток, температура воздуха, <2м входящий воздушный поток на единицу времени


Датчик давления во впускной трубе

Датчик давления во впускной трубе пневматически соединён с последней и замеряет абсолютное давление во

впускной трубе [кПа]. Он изготавливается в виде встраиваемого элемента для блока управления или же, как

отдельный датчик, который устанавливается вблизи или на самой впускной трубе. При применении встроенного

датчика соединение с впускной трубой производится шлангом. Датчик состоит из пневматической секции с

двумя чувствительными элементами и схемы обработки сигнала, установленных на общей керамической

подложке (рис. ?8).

Датчик состоит из колоколообразной толстопленочной мембраны, которая образует камеру с образцовым

внутренним давлением. В зависимости от давления во впускной трубе мембрана прогибается на определенную

глубину. На мембране установлены пьезорезисторы, проводимость которых меняется от механического

напряжения.

Резисторы включены по мостовой схеме, так что смещение мембраны вызывает изменение баланса моста.

Таким образом, напряжение моста является мерой давления во впускной трубе (рис.? 9).

Назначением блока обработки является увеличение напряжения моста, компенсация температурного влияния и

линеаризация характеристики давления. Выходной сигнал блока передаётся на блок управления


Рис. 8: Датчик давления (для установки в блок управления).

Рис. 9: Мембрана датчика давления

1 штуцер, 2 камера под давлением с чувствительным элементом,

1

пьезорезисторы, 2 основная мембрана,

3 уплотнительная стенка, 4 блок обработки, 5 толстопленочная гибридная схема

3. камера образцового давления,3 керамическая подложка,

р давление


37

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Дроссельный патрубок

Дроссельный патрубок (рис. 1.7-02) системы распределенного впрыска топлива закреплен на ресивере 1

(см. рис.? 1.7-01). Он дозирует количество воздуха, поступающего во впускную трубу. Поступлением

воздуха в двигатель управляет дроссельная заслонка, соединенная с приводом педали акселератора.

Дроссельный патрубок в сборе имеет в своем составе датчик положения дроссельной заслонки и регулятор

холостого хода. В проточной части дроссельного патрубка (за дроссельной заслонкой) находятся отверстия

отбора разрежения, необходимые для работы системы вентиляции картера на холостом ходу 2 (см. рис. 1.7-

02) и адсорбера системы улавливания паров бензина 6 (см. рис. 1.7-02).


Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ)

Датчик положения дроссельной заслонки (рис. 1.1-05) установлен сбоку на дроссельном патрубке напротив

рычага управления дроссельной заслонкой (рис. 1.1-06).

ДПДЗ представляет собой резистор потенциометрического типа, один из выводов которого соединен с

опорным напряжением (5 В) контроллера, а второй с массой контроллера. Третий вывод, соединенный с

подвижным контактом потенциометра, является выходом сигнала ДПДЗ.

При движении педали акселератора ось дроссельной заслонки передает свое вращательное движение на

ДПДЗ, вызывая изменение напряжения выходного сигнала ДПДЗ.

При закрытом положении дроссельной заслонки выходной сигнал ДПДЗ должен быть в пределах 0,3...0,7 В.

При открытии дроссельной заслонки выходной сигнал возрастает, и при открытой дроссельной заслонке

(на 76...81 % по прибору DST-2M) выходное напряжение должно быть 4,05...4,75 В.


13А 1.1-10

Рис. 1.1-05. Датчик положения дроссельной заслонки


Измеряя выходное напряжение сигнала ДПДЗ, контроллер определяет текущее положение дроссельной

заслонки. Данные о положении дроссельной заслонки необходимы контроллеру для расчета для расчёта

вспомогательного сигнала нагрузки, угла опережения зажигания и длительности импульсов впрыска.

Наблюдая за изменением напряжения, контроллер определяет, открывается дроссельная заслонка или

закрывается. Контроллер воспринимает быстро возрастающее напряжение сигнала ДПДЗ как свидетельство

возрастающей потребности в топливе и необходимости увеличить длительность импульсов впрыска.


38

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


ДПДЗ не регулируется. Контроллер использует самое низкое напряжение сигнала ДПДЗ на режиме

холостого хода в качестве точки отсчета (0% открытия дроссельной заслонки).

Поломка или ослабление крепления ДПДЗ могут вызвать нестабильность холостого хода, т.к. контроллер

не будет получать правильный сигнал о перемещении дроссельной заслонки.

При возникновении неисправности цепей ДПДЗ контроллер заносит в свою память ее код и включает

контрольную лампу «CHECK ENGINE», сигнализируя о наличии неполадки. Если это происходит,

контроллер рассчитывает значение положения дроссельной заслонки по частоте вращения коленчатого вала

и массовому расходу воздуха.


Датчик положения дроссельной заслонки

Он требуется в качестве дополнительной информации для определения динамических функций

распознавания режимов (холостой ход, частичная и полная нагрузки) и в качестве источника аварийного

сигнала при выходе из строя основного датчика нагрузки. Датчик устанавливается на патрубке дроссельной

заслонки и находится на одной оси с ней. Потенциометр замеряет угловое положение дроссельной заслонки и

передаёт соотношение напряжений через резисторную схему на блок управления (рис. 10 и 11). Использование

датчика дроссельной заслонки в качестве основного датчика нагрузки предъявляет повышенные требования

относительно точности, что достигается за счёт установки двух потенциометров (две угловые зоны) и

усовершенствования опор вращения. Поступающая масса воздуха определяется блоком управления в зависимости

от положения дроссельной заслонки и частоты вращения двигателя. Температурные колебания

воздушной массы учитываются после обработки сигналов температурных датчиков


39

Регулирование холостого хода

Холостой ход

На холостом ходу расход топлива определяется в основном коэффициентом полезного действия и частотой

вращения двигателя. Значительная часть расхода топлива автомобилей в плотном уличном движении приходится

на данный рабочий режим, поэтому была бы желательной наименьшая частота вращения холостого хода. Но

настройку холостого хода необходимо производить таким образом, чтобы частота вращения при всех условиях,

таких как нагруженная бортовая сеть, включённый кондиционер, включённая передача автоматической коробки

передач, рулевой усилитель и т.д. не вели бы к значительному провалу частоты вращения или остановке двигателя.

Регулирование частоты вращения холостого хода

Регулирование частоты вращения холостого хода должно установить равновесие между крутящим моментом

двигателя и его нагрузкой и поддерживать частоту вращения постоянной. Нагрузка двигателя на холостом ходу

состоит из различных моментов нагрузки, состоящих из моментов трения кривошипно-шатунного и клапанного

механизмов, а также и вспомогательных агрегатов (например, насос системы водяного охлаждения). Эти

внутренние моменты трения, уравновешивание которых производится системой регулирования холостого хода,

медленно изменяются в течение срока службы двигателя, кроме того они существенно зависят от температуры. К

этим внутренним моментам трения прибавляются ещё и внешние нагрузки, как вышеупомянутые кондиционер и т.

п. Эти внешние нагрузки подвергаются сильным колебаниям, т.к. часто производится отключение и включение

агрегатов. Современные двигатели с пониженной массой маховика и увеличенным объёмом впускного тракта

реагируют особенно чувствительно на такие изменения нагрузки.

Входные величины

Помимо сигнала датчика частоты вращения системе регулирования частоты вращения холостого хода необходима

информация о положении дроссельной заслонки, чтобы определить условия холостого хода (нога снята с педали

акселератора). Для предварительного управления по температуре производится учёт температуры двигателя. В

зависимости от неё и заданной частоты вращения происходит расчёт воздушной массы, которая дополнительно

корректируется при работе системы Лямбда - регулирования. Входные сигналы от кондиционера или

автоматической передачи при их наличии служат для улучшения упреждающего регулирования и тем самым

поддерживают систему регулирования частоты вращения холостого хода


Регулятор холостого хода (РХХ)

Контроллер управляет частотой вращения коленчатого вала на режиме холостого хода. Исполнительным

устройством является регулятор холостого хода (рис. 1.7-04). Он состоит из клапана с запорной конусной

иглой, перемещаемой шаговым двигателем (ШД).

Клапан РХХ установлен в обходном канале подачи воздуха дроссельного патрубка. РХХ регулирует

частоту вращения коленчатого вала на режиме холостого хода при закрытой дроссельной заслонке в

соответствии с нагрузкой двигателя, управляя количеством воздуха, подаваемым в обход закрытой

дроссельной заслонки.

Схема работы РХХ показана на рис. ?1.7-05. Для увеличения оборотов холостого хода контроллер

открывает клапан РХХ, увеличивая подачу воздуха в обход дроссельной заслонки. Для понижения

оборотов он закрывает клапан, уменьшая количество воздуха, подаваемого в обход дроссельной заслонки.

При полностью выдвинутом до седла положении запорной иглы (что соответствует нулю шагов ШД)

клапан перекрывает подачу воздуха в обход дроссельной заслонки. Когда игла клапана втягивается,

обеспечивается расход воздуха, пропорциональный количеству шагов ШД от полностью выдвинутого

положения иглы.

Диагностический прибор DST-2M считывает из контроллера состояние РХХ в виде количества шагов.

РХХ под управлением контроллера обеспечивает увеличение или уменьшение оборотов холостого хода в

зависимости от условий работы двигателя.

Помимо управления частотой вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, производится

управление РХХ, способствующее снижению токсичности отработавших газов. Когда дроссельная заслонка

резко закрывается при торможении двигателем, РХХ увеличивает количество воздуха, подаваемого в обход

дроссельной заслонки, обеспечивая обеднение топливовоздушной смеси. Это снижает выбросы

углеводородов и окиси углерода, происходящие при быстром закрытии дроссельной заслонки.


40

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


EXTEND

RETRACT

(OPEN VALVE)


Температура двигателя и воздуха на впуске

Датчик температуры двигателя оснащённый терморезистором, устанавливается в систему водяного охлаждения

двигателя и замеряет его температуру (рис. 20).

Таким же образом производится замер температуры поступающего воздуха другим датчиком. Сопротивление

имеет отрицательный температурный коэффициент (смотри рис. 21) и является плечом делителя напряжения,

который питается напряжением 5 В. Падающее на сопротивлении напряжение считывается аналогоцифровым

преобразователем и является мерой температуры. В процессоре запрограммирована таблица, в которой каждой

величине напряжения соответствует определенная температура и которая компенсирует нелинейную

зависимость между напряжением и температурой.


41

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ)

Датчик (рис. 1.1-07) установлен в потоке охлаждающей жидкости двигателя на отводящем патрубке на головке цилиндров (рис. 1.1-08).

Рис. 1.14)7. Датчик температуры охлаждающей жидкости

Чувствительным элементом датчика температуры охлаждающей жидкости является термистор, т. е.

резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры.

Высокая температура вызывает низкое сопротивление (70 Ом при 130 °С), а низкая температура охлаждающей

жидкости - высокое сопротивление (100700 Ом при -40 °С).

Контроллер подает на ДТОЖ напряжение питания 5 В через резисторе постоянным сопротивлением, находящийся

внутри контроллера.

Температуру охлаждающей жидкости контроллер рассчитывает по падению напряжения на ДТОЖ. Падение

напряжения относительно высокое на холодном двигателе и низкое на прогретом. Температура охлаждающей

жидкости используется в большинстве функций управления двигателем.

При возникновении неисправности цепей ДТОЖ контроллер заносит в свою память ее код, включает контрольную

лампу «CHECK ENGINE» и вентилятор системы охлаждения, и рассчитывает значение температуры

охлаждающей жидкости по специальному алгоритму.


Рис. 20: Датчик температуры двигателя. 1 Штеккер, 2 Корпус, 3 Терморезистор.

Рис. 21 Характеристика температурного датчика

(отрицательный ТКС)


42

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Датчик скорости автомобиля (ДСА)

Датчик скорости автомобиля (рис. 1.1-13) выдает импульсный сигнал, который информирует контроллер о скорости движения автомобиля. ДСА установлен на

выходном валу раздаточной коробки (рис. 1.1-14).

ДСА вырабатывает 6 импульсов на метр движения автомобиля. Контроллер определяет скорость автомобиля по частоте следования импульсов.

При неисправности цепей ДСА контроллер заносит в свою память код неисправности и включает лампу «CHECK ENGINE», сигнализируя о неполадке.

9.

Датчик скорости автомобиля

1.3. Система подачи топлива Общее описание

Функцией системы подачи топлива является обеспечение подачи необходимого количества топлива в двигатель

на всех рабочих режимах. Топливо подается в двигатель форсунками, установленными во впускной трубе .

В состав системы подачи топлива (рис. ?1.3-01) входят:

Электробензонасос, Топливный фильтр, Топливопроводы (подающий и сливной), Рампа форсунок,

топливные форсунки, регулятор давления топлива и штуцер контроля давления топлива.

Топливная система

Топливоподача

Система топливоподачи

Система топливоподачи имеет задачу на любых режимах подавать в двигатель необходимое количество

топлива. Для этого топливо нагнетается из топливного бака электроприводным насосом через топливный

фильтр к распределителю с электромагнитными форсунками. Форсунки вспрыскивают топливо точными

дозами во впускные каналы двигателя. Неизрасходованное горючее, протекая через регулятор давления,

возвращается в топливный бак (рис. 1). В большинстве случаев регулятор давления использует давление во

впускном тракте как опорное. При типовом давлении и потоке через топливораспределитель (охлаждение

топлива) не возникает нежелательного парообразования в топливе. Таким путём создаётся постоянная

разность давлений на форсунках, обычно 300 kРa. В случае необходимости в систему топливоподачи могут

быть встроены демпферы для гашения пульсаций давления



43

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Рис. 1: Система топливоподачи

1 электробензонасос, 2 топливный фильтр, 3 топливораспределитель, 4 форсунка 5 регулятор давления топлива

Электробензонасос

Электробензонасос, установленный в топливном баке, подает топливо через магистральный топливный фильтр

тонкой очистки и линию подачи топлива на рампу форсунок .

Задача

Электробензонасос постоянно нагнетает топливо из топливного бака. Он может быть встроен

непосредственно в топливный бак (погружной) или расположен снаружи (магистральный).

Применяемые в большинстве сегодня погружные насосы (рис. 2 и 3) смонтированы в баке вместе с

датчиком уровня топлива и завихрителем, служащим для отделения пузырьков пара в сливном канале. Во

избежание перегрева при применении погружных насосов в топливный бак может быть встроен насос

подкачки, который подаёт топливо к главному насосу под малым давлением. Для обеспечения требуемого

давления на любых режимах, к двигателю подаётся значительно больше топлива, чем он максимально

расходует. Электробензонасос включается от блока управления двигателя. Реле защиты предотвращает

подачу топлива при включённом зажигании и неработающем двигателе

Устройство

Электробензонасосы состоят из следующих элементов:

- насосная часть

- электродвигатель и крышка подключения


Рис. 2:Двухступенчатый электронасос (секции с боковым каналом

и с шестернями внутреннего зацепления)

1 первая ступень (секция с боковым каналом), 2 главная ступень

(шестерни внутреннего зацепления), 3 якорь, 4 коллектор, 5 обратный клапан, 6 штеккер

Рис. 3:Двухступенчатый электронасос (секции с боковым каналом и периферийного на гнетания)

1 всасывающая крышка со штуцером, 2 турбинка, 3 первая ступень (насос с боковым каналом),

4 главная ступень (с периферийным нагнетанием) 5 корпус, 6 якорь, 7 обратный клапан,

8 крышка подключения со штуцером


44

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Электродвигатель и насосная часть электробензонасоса находятся в общем корпусе и постоянно омываются

топливом. Это благоприятно сказывается на охлаждении электродвигателя. Из-за отсутствия кислорода в

корпусе взрывоопасная смесь образоваться не может. Поэтому опасности взрыва не существует. В крышке

подключения находятся электроконтакты, обратный клапан и нагнетательный штуцер. Обратный клапан

определенное время держит систему под давлением после отключения электробензонасоса во избежание

образования паровых пробок. Дополнительно в крышке подключения могут быть вмонтированы

помехоподавительное устройства для подавления помех от искрообразования .

Разновидности конструкций

В зависимости от требований к системам применяются насосы различных принципов действия (рис. 4).

Объёмные насосы

Роликовые насосы и шестеренные насосы внутреннего зацепления относятся к группе объёмных насосов.

Действие насоса состоит в том, что вращающиеся камеры меняющейся величины открывают впуск и за счёт

увеличения камеры засасывают топливо. Когда достигается максимальное заполнение, входное отверстие

закрывается и открывается выпускное. Посредством уменьшения камер топливо выталкивается. В

роликовых насосах камеры образуются за счёт вращающихся роликов, находящихся в сепараторе. Под

влиянием центробежной силы и топливного давления они прижимаются к эксцентрической поверхности

статора. Эксцентриситет между сепаратором и статором обуславливает увеличение и уменьшение объема

камер Шестеренный насос внутреннего зацепления состоит из одной внутренней приводной шестерни,

находящейся в зацеплении с эксцентрично установленным ротором, который имеет на один зуб больше.

Боковые стороны зуба при вращении образуют в своих промежутках меняющиеся камеры. Роликовые

насосы могут применяться при давлении топлива до 650 кПа, шестеренный насос внутреннего зацепления

до 400 кПа, что вполне достаточно для всех применений системы.

Лопастные насосы

К лопастным насосам относятся периферийные и насосы с боковым каналом. В них частицы топлива

ускоряются турбинкой и вытесняются в один канал, где они посредством импульсного обмена создают

давление. Периферийные насосы отличаются от насосов с боковым каналом большим количеством лопаток,

формой турбинок и наличием распределённых по окружности каналов. Периферийные насосы могут

создать давление топлива только до 300 кПа, но они особенно хорошо подходят для малошумных

применений на автомобиле благодаря непрерывному, практически не пульсирующему течению топлива.

Насосами с боковым каналом создается давление только до 100 кПа. Их применяют как подкачивающие

насосы в системах с магистральным насосом и как первую ступень при двухступенчатых погружных

насосах в автомобилях с проблемами горячего пуска, а также в системах с одноточечным впрыском.

Рис. 4: Принцип действия.

а) роликовый насос

б) периферийный насос

в) шестеренный насос внутреннего

зацепления

г) насос с боковым каналом


45

Автомобиль Chevrolet Niva

Топливный фильтр

Загрязнения топлива могут отрицательно влиять на функции насоса, форсунок и регулятора давления. Поэтому на

входе электробензонасоса установлен предврительный фильтр, а в подающей магистрали фильтр тонкой очистки

топлива. Топливный фильтр имеет бумажный элемент с пористостью около 10 мкм. Он находится в металлическом

корпусе и фиксируется опорным фланцем. Интервал замены зависит от объёма фильтра и загрязнения топлива.

Рампа форсунок

.

Рампа форсунок (Топливный распределитель )

Рампа форсунок (рис. ?1.3-06 и 1.3-07) представляет собой полую планку, с установленными на ней форсунками

и регулятором давления топлива. Рампа форсунок закреплена двумя винтами на впускной трубе двигателя.

Топливо под давлением подается во внутреннюю полость рампы, протекает через рампу и таким образом

равномерно распределяется на все форсунки, и через форсунки впрыскивается во впускную трубу.

Рядом с форсунками в большинстве случаев находится регулятор давления и в некоторых случаях демпфер

гашения пульсаций давления. Подбор размеров рампы устраняет локальные пульсации давления вследствие

резонансов при открытии и закрытии форсунок. Тем самым предотвращаются нестабильное и зависящее от

частоты вращения дозирование. В зависимости от требований к различным типам автомобилей топливные рампы

изготавливаются из стали, алюминия или пластмассы. В рампу встроен контрольный штуцер закрытый

резьбовой пробкой (клапан Шрёдера).

Ряд диагностических процедур при техническом обслуживании автомобиля или при поиске неисправностей

требуют проведения контроля и сброса давления топлива. Штуцер позволяет измерить давление топлива,

подаваемого на форсунки, с помощью топливного манометра и специального переходника (рис.? 1.3-08).

Регулятор давления топлива

Доза впрыскиваемого топлива должна зависеть только от времени впрыска Функция регулятора заключается в

поддержании разницы между давлением топлива в топливной рампе и давлением (разряжением) во впускной

трубе (постоянного перепада давления на форсунках). Зависящее от нагрузки давление (разрежение) во впускной

трубе должно быть отражено на давлении топлива. Поэтому регулятор давления топлива пропускает обратно в бак

столько горючего, сколько необходимо для того, чтобы перепад давления на форсунках оставался постоянным

Регулятор давления компенсирует изменение нагрузки двигателя, увеличивая давление топлива при увеличении

давления во впускной трубе (при увеличении открытия дроссельной заслонки). При уменьшении давления во

впускной трубе (уменьшении открытия дроссельной заслонки) регулятор уменьшает давление топлива. При этом

клапан регулятора открывается и избыточное топливо сверх потребного форсункам возвращается в топливный бак

по отдельной магистрали слива.

В целях полного промывания топливной рампы регулятор давления топлива обычно монтируется в её

конце. Он может также находиться и в топливном трубопроводе.

Регулятор давления топлива предоставляет собой мембранный предохранительный клапан избыточного

давления (рис.? 6). Резинотканевая мембрана (диафрагма) делит регулятор топливного давления на

топливную и пружинную камеры. Через встроенный в мембрану корпус клапана пружина прижимает

подвижную клапанную пластину к клапанному седлу. На диафрагму регулятора с одной стороны действует

давление топлива, а с другой - давление пружины регулятора и давление (разрежение) во впускной трубе.

Когда сила давления топлива на мембрану превысит силу пружины, клапан откроется и пропустит такое

количество топлива, которое необходимо для восстановления равновесия на мембране. Пружинная камера

пневматически связана с впускным каналом за дроссельной заслонкой. Поэтому разряжение во впускной

трубе действует и в пружинной камере, а соотношение давлений на мембране остаётся таким же, как и на

форсунках. Оно зависит только от силы пружины и площади мембраны и следовательно остаётся

постоянным.


46

Автомобиль Chevrolet Niva


Регулятор давления топлива

При включенном зажигании, неработающем двигателе и работающем электробензонасосе давление топлива

в топливной рампе составляет 284...325 кПа. На работающем двигателе давление должно быть ниже на

величину разряжения во впускной трубе. Пониженное давление топлива приводит к нарушению работы

двигателя


Впрыск топлива

Жесткие требования к устойчивой работе и составу выхлопных газов автомобиля обуславливают высокие

требования к смесеобразованию для каждого рабочего такта. Наряду с точной дозировкой впрыскиваемой

топливной массы в соответствии с количеством воздуха, поступившего в двигатель, имеет важное значение и

момент впрыскивания. Поэтому каждый цилиндр двигателя имеет электромагнитную форсунку. Она

впрыскивает топливо строго дозированно и в регулируемый блоком управления момент времени

непосредственно перед впускными клапанами цилиндра. Тем самым можно избежать образования плёнки на

стенках впускного тракта на нестационарных режимах двигателя, которые вызывают частичные отклонения от

желаемых значений. Впускной тракт двигателя направляет только воздух для сгорания и тем самым может

быть оптимально приспособлен к газодинамическим требованиям двигателя.

Электромагнитные Топливные форсунки

Форсунка (рис. 1.3-10) системы распределенного впрыска представляет собой электромагнитное устройство,

управляемое контроллером и дозирующее подачу топлива под давлением во впускную трубу двигателя. Форсунки

закреплены на рампе с помощью пружинных фиксаторов 4. Верхний и нижний концы форсунок герметизируются

уплотнительными кольцами 6, которые всегда надо заменять новыми при снятии и установке форсунок.

Электромагнитная форсунка имеет клапанную иглу с насаженным магнитным сердечником (рис.? 8 и 9).

Она очень точно пригнана в корпусе распылителя. Спиральная пружина прижимает клапанную иглу в спокойном

состоянии к уплотнительному седлу корпуса распылителя и закрывает таким образом выходное топливное

отверстие во впускной канал двигателя.

Контроллер управляет подачей топлива включая ток через обмотку форсунки, в результате сердечник с

клапанной иглой поднимается на 60...100 ^тмкм. и открывает клапан форсунки, при этом топливо проходит через

клапан и направляющую пластину, обеспечивающую распыление топлива. Направляющая пластина имеет

калиброванные отверстия, которые направляют топливо, образуя конический факел. Факел топлива направлен на

впускной клапан. До попадания топлива в камеру сгорания происходит его испарение и перемешивание с воздухом.

Форсунка, у которой произошел прихват клапана в частично открытом состоянии, вызывает потерю давления после

выключения двигателя, поэтому на некоторых двигателях будет наблюдаться увеличение времени прокрутки.

Кроме того, форсунка с прихваченным клапаном может вызвать самовоспламенение топлива, т.к. некоторое

количество топлива будет попадать в двигатель после того, как выключено зажигание и двигатель будет

продолжать неустойчиво работать какое то время.

В зависимости от способа впрыска, частоты вращения и нагрузки двигателя время включения составляет 1,5...18

мс при частоте срабатывания 3...125 Гц.

Соответственно применению имеются различные типы форсунок:

Форсунка с верхним подводом топлива

В такой форсунке топливо протекает по оси сверху. Она вставляется верхней частью с уплотнительным

кольцом в соответствующей формы отверстие топливной рампы и крепится одним зажимом. Нижн

уплотнительным кольцом она находится во впускном коллекторе двигателя (рис. 8).

Форсунка с боковым подводом топлива

Встроенная в топливный распределитель форсунка такого типа омывается топливом. Подвод топлива

осуществляется сбоку. Топливный распределитель смонтирован непосредственно на впускном коллекторе.

Форсунка крепится прижимом или крышкой топливного распределителя, в которой может располагаться также

и штекер. Два уплотнительных кольца предотвращают утечку топлива. Наряду с хорошими

характеристиками горячего пуска и работы за счёт охлаждения топлива, модуль, состоящий из топливного

распределителя и форсунок отличается уменьшенной конструктивной высотой.


47

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Рис. 8: Форсунка впрыска (с верхниым подводом топлива)

1 фильтр в канале подвода топлива,

2 штекер, 3 обмотка, 4 корпус форсунки,

5.-сердечник, 6 направляющая иглы, 7 клапанная игла.


Смесеобразование

При выборе типа топливного дозирования учитывается требование наименьшего образования плёнки на стенках

впускного канала при хорошей однородности топливовоздушной смеси, достигаемых посредством распыления

топлива. Калиброванные распыливающие отверстия форсунок соответствуют этому требованию (рис. 11 )

При кольцевом распылении часть клапанной иглы (штифт) выступает за корпус распылителя. Образующаяся при

этом кольцевая щель и есть калиброванное распыливающее отверстие. Штифт имеет на своём нижнем конце

шлифованную отрывную кромку, на которой топливо конусообразно распыляется. Форсунки с однодырчатым

распылителем имеют вместо штифта одну тонкую шайбу с распыляющим калиброванным отверстием, из

которого подается тонкая топливная струя. При этом почти не создаётся плёнки на стенках впускного канала,

но топливо мало распыляется. Форсунки впрыска с многодырчатым распылителем имеют также одну шайбу,

которая при данном типе имеет несколько калиброванных отверстий. Они распределены так, что создают при

распылении конусообразный факел, похожий на факел кольцевого распылителя, примерно с такой же

интенсивностью распыла. Отверстия могут быть изготовлены так, что создаются два или более факелов. Таким

образом, на двигателях с несколькими клапанами на цилиндр возможно более оптимальное разделение топлива

на каждый впускной канал.

Форсунки с обтеканием воздухом позволяют добиться дальнейшего улучшения смесеобразования (рис. 12).

С этой целью воздух из впускной трубы перед дроссельной заслонкой всасывается со звуковой скоростью через

калиброванную щель прямо у шайбы распылителя. Благодаря молекулярному взаимодействию топлива и воздуха

топливо очень мелко распыляется. Чтобы воздух всасывался через щель, необходим перепад давления во

впускном трубопроводе на дроссельной заслонке. Поэтому впрыск с обтеканием воздухом действует в основном

при частичных нагрузках двигателя


Рис. Подача топлива во впускную

Рис. 11: Виды дозировки и смесеобразования

трубу.


1 Распылитель с кольцевым каналом, 2 однодырчатый распылитель ,

3 многодырчатый распылитель, 4 многодырчатый двухфакельный распылитель


48

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Рис. Схема управления подачей топлива

Рис. Распределённый впрыск топлива


Контроллер включает топливные форсунки попарно (1-4,2-3). Пары форсунок включаются попеременно через

каждые 180° поворота коленчатого вала. Такой тип впрыска называют попарно – параллельным.

Сигнал контроллера, управляющий форсункой, представляет собой импульс, длительность которого соответствует

требующемуся двигателю количеству топлива. Этот импульс подается в определенный момент поворота

коленчатого вала, который зависит от режима работы двигателя.

Подаваемый на форсунку управляющий сигнал открывает нормально закрытый клапан форсунки, подавая во

впускной канал топливо под давлением.

Поскольку перепад давления топлива поддерживается постоянным, количество подаваемого топлива

пропорционально времени, в течение которого форсунки находятся в открытом состоянии (длительность импульса

впрыска). Контроллер поддерживает оптимальное соотношение воздух/топливо путем изменения длительности

импульсов.

Увеличение длительности импульса впрыска приводит к увеличению количества подаваемого топлива (обогащение

смеси). Уменьшение длительности импульса впрыска приводит к уменьшению количества подаваемого топлива,

т.е. к обеднению смеси

Время срабатывания и отпускания электромагнитной форсунки зависит от напряжения батареи. Если во время

эксплуатации возникают колебания напряжения бортовой сети, то электронный блок управления корректирует

происходящее из-за этого замедление срабатывания форсунки посредством изменения времени впрыска.

.

Система улавливания паров топлива

Образование топливных паров

Топливо в топливном баке нагревается по следующим причинам:

- наружное влияние солнечных лучей и температуры воздуха,

- избыточное топливо, возвратившееся обратно из топливной системы и нагретое в зоне двигателя.

Вследствие этого происходит эмиссия углеводородов СН, которые испаряются в основном в топливном баке .

Ограничение эмиссии СН

Законодательством предписываются предельные величины испаряемых эмиссий. Специальные системы

ограничивают эмиссию СН.

Система улавливания паров бензина (СУПБ) состоит из резервуара с активированным углем (адсорбера),

электромагнитного клапана продувки, двухходового клапана и соединительных трубопроводов.

В абсорбере, куда вводится вентиляционный трубопровод от бака, активированный уголь задерживает пары

бензина из топливного бака, для удержания их при неработающем двигателе и пропускает в окружающую среду

только воздух. Пары поступают через патрубок, обозначенный надписью 'TANK" Воздух подводится в адсорбер

через патрубок "AIR" (рис. ?1.8-01), где смешивается с парами бензина. Образовавшаяся таким образом смесь

засасывается во впускную трубу двигателя для сжигания в ходе рабочего процесса и постоянной регенерации

активированного угля для чего имеется дополнительный трубопровод от адсорбера к впускной трубе. При

работающем двигателе в ней возникает разрежение, под влиянием которого происходит продувка воздуха из

окружающей среды через активированный уголь во впускную трубу. Он увлекает скопившиеся бензиновые пары и

подает их на впуск. Дополнительно к этому производится уравновешивание давления


49

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva

Автомобиль Chevrolet Niva


Регенерирующий поток

Регенерирующий поток является смесью топлива и воздуха, состав которой неизвестен, т.к. это может быть как

свежий воздух так и обогащённый бензиновыми парами из адсорбера.

Поэтому для Лямбда-регулирования этот регенерирующий поток является значительной помехой. Если он

составляет только 1% воздуха на впуске и состоит из свежего воздуха, то смесь становится на 1% беднее.

Сильно насыщенный бензиновыми парами воздух обогащает смесь на 30%, потому что бензиновые пары влияют

стехиометрическим фактором 14,7 на коэффициент избытка воздуха а. Кроме того, удельная плотность паров

топлива в два раза больше удельной плотности воздуха .

Клапан продувки адсорбера

В трубопроводе установлен клапан продувки адсорбера, который дозирует этот регенерирующий или продувочный поток

(рис. ?8). . Клапан управляется таким образом, чтобы производилось достаточная продувка адсорбера, а

отклонения состава смеси были бы минимальными (рис?9).

Контрольная функция блока управления

Контроллер, управляя электромагнитным клапаном, осуществляет продувку адсорбера после того, как двигатель

проработает заданный период времени.

Чтобы адаптация смеси могла работать независимо от влияния паров топливного бака, проводится

периодическое закрывание клапана продувки адсорбера через определённые промежутки времени. Он

открывается ступенчато. Контроллер регулирует степень продувки адсорбера в зависимости от режима работы

двигателя, подавая на клапан сигнал с изменяемой частотой импульса (8 Гц, 16 Гц, 32 Гц).

Возникающие при этом отклонения Лямбда-регулятора блок управления запоминает как корректировку смеси

по продувке адсорбера. Эта функция рассчитана таким образом, что из регенерирующего потока может

поступать до 40% топлива.

При неактивированном Лямбда-регулировании допускаются только малые регенерирующие потоки, потому

что при этом не могут быть скорректированы отклонения состава смеси. При отключении подачи топлива при

движении на принудительном холостом ходу происходит мгновенное закрывание клапана продувки адсорбера,

чтобы в катализатор не могли попасть несгоревшие пары бензина


Рис. 8: Система улавливания паров топлива.

1 трубопровод к топливному баку и адсорберу, 2 адсорбер, 3 свежий воздух,

4 клапан продувки адсорбера, 5 трубопровод к впускной трубе, 6 дроссельная заслонка,

Ар разница давлений во впускной трубе ps и окружающей среды ри


Рис. Схема управления клапаном продувки абсорбера.


50

Автомобиль Chevrolet Niva

1.6. Система вентиляции картера

Система вентиляции картера (рис. 1.6-01) обеспечивает удаление картерных газов. В отличие от некоторых

других систем вентиляции картера, в системе с распределенным впрыском топлива атмосферный воздух в картер

не подается.

Система вентиляции имеет два шланга - первого и второго контуров (один малого диаметра, другой большого).

По этим шлангам картерные газы, прошедшие маслоотделитель, подаются в камеру сгорания через дроссельный

патрубок. Маслоотделитель расположен на левой стороне блока цилиндров.

Первый контур имеет калиброванное отверстие (жиклер) в дроссельном патрубке. От маслоотделителя к

жиклеру идет шланг малого диаметра. Шланг большего диаметра (шланг второго контура) идет от

маслоотделителя к впускной трубе (наддроссельное пространство).

На режиме холостого хода все картерные газы подаются через жиклер первого контура (шланг малого

диаметра). На этом режиме во впускной трубе создается высокое разрежение и картерные газы эффективно

отсасываются в задроссельное пространство. Жиклер ограничивает объем отсасываемых газов, чтобы не

нарушалась работа двигателя на холостом ходу.

На режимах под нагрузкой, когда дроссельная заслонка открыта частично или полностью, через жиклер первого

контура


Рис. Система вентиляции картерных газов.


51



home | my bookshelf | | Автомобиль Chevrolet Niva |     цвет текста   цвет фона   размер шрифта   сохранить книгу

Текст книги загружен, загружаются изображения
Всего проголосовало: 2
Средний рейтинг 5.0 из 5



Оцените эту книгу