Описание конструкции системы управления двигателями 1,4 и 1,6 Duratec автомобиля Ford Focus 2

Элементы электронной системы управления двигателем:
1* — датчик абсолютного давления и температуры воздуха на впуске;
2 — блок управления дроссельным узлом;
3* — монтажный блок предохранителей и реле в салоне автомобиля;
4* — датчик фаз;
5* — управляющий датчик концентрации кислорода;
6* — диагностический датчик концентрации кислорода;
7* — свечи зажигания;
8 — катушка зажигания;
9* — датчик температуры охлаждающей жидкости;
10* — сигнализатор неисправности системы управления двигателем;
11* — колодка диагностики (диагностический разъем);
12 — электронный блок управления;
13 — аккумуляторная батарея;
14 — монтажный блок предохранителей и реле в моторном отсеке;
15* — датчик положения коленчатого вала;
16* —форсунки;
17* — датчик детонации

*Элемент на фото не виден

Система управления двигателем состоит из электронного блока управления (ЭБУ), датчиков параметров работы двигателя и автомобиля, а также исполнительных устройств.

Электронный блок управления двигателем
ЭБУ представляет собой мини-компьютер специального назначения. В его состав входят оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ). ОЗУ используется микропроцессором для временного хранения текущей информации о работе двигателя (измеряемых параметров) и расчетных данных. Из ОЗУ блок управления двигателем берет программы и исходные данные для обработки. В ОЗУ записываются также коды возникающих неисправностей. Эта память энергозависима, т. е. при прекращении электрического питания (отключении аккумуляторной батареи или отсоединении от ЭБУ колодки жгута проводов) ее содержимое стирается. ППЗУ хранит программу управления двигателем, которая содержит последовательность рабочих команд (алгоритмов) и калибровочных данных — настроек. ППЗУ энергонезависимо, т. е. содержимое памяти не изменяется при отключении питания.
ЭБУ получает информацию от датчиков системы и управляет исполнительными устройствами, такими как топливный насос и форсунки, катушка зажигания, дроссельная заслонка, нагревательный элемент датчика концентрации кислорода, клапан продувки адсорбера, муфта компрессора кондиционера, вентилятор системы охлаждения.
Электронный блок управления расположен в подкапотном пространстве рядом с аккумуляторной батареей.
Кроме подвода напряжения питания к датчикам и управления исполнительными устройствами ЭБУ выполняет диагностические функции системы управления двигателем (бортовая система диагностики) — определяет наличие неисправностей элементов в системе, включает сигнализатор неисправности в комбинации приборов и сохраняет в своей памяти коды неисправностей.
При обнаружении неисправности, во избежание негативных последствий (прогорание поршней из-за детонации, повреждение каталитического нейтрализатора в случае возникновения пропусков воспламенения топливовоздушной смеси, превышение предельных значений по токсичности отработавших газов и пр.), ЭБУ переводит систему на аварийные режимы работы. Суть их состоит в том, что при выходе из строя какого-либо датчика или его цепи блок управления двигателем применяет замещающие данные, хранящиеся в его памяти.

Сигнализатор неисправности системы управления двигателем в комбинации приборов

Сигнализатор неисправности системы управления двигателем расположен в комбинации приборов.
Если система исправна, то при включении зажигания сигнализатор должен загореться — таким образом, ЭБУ проверяет исправность сигнализатора и цепи управления. После пуска двигателя сигнализатор должен погаснуть, если в памяти ЭБУ отсутствуют условия для его включения. Включение сигнализатора при работе двигателя информирует водителя о том, что бортовая система диагностики обнаружила неисправность, и дальнейшее движение автомобиля происходит в аварийном режиме.
При этом могут ухудшиться некоторые параметры работы двигателя (мощность, приемистость, экономичность), но движение с такими неисправностями возможно, и автомобиль может самостоятельно доехать до СТО.
Если неисправность носила временный характер, ЭБУ выключит сигнализатор. Коды неисправностей (даже если сигнализатор погас) остаются в памяти блока и могут быть считаны с помощью специального диагностического прибора — сканера, подключаемого к колодке диагностики.

Расположение колодки диагностики в салоне автомобиля

Колодка диагностики (диагностический разъем) расположена в салоне автомобиля слева под рулевым колесом — закреплена на нижней декоративной накладке панели приборов.
При удалении кодов неисправностей из памяти электронного блока с помощью диагностического прибора сигнализатор неисправности в комбинации приборов гаснет.
Датчики системы управления выдают ЭБУ информацию о параметрах работы двигателя и автомобиля, на основании которых он рассчитывает момент, длительность и порядок открытия топливных форсунок, момент и порядок искрообразования.

Расположение датчика положения коленчатого вала (показано на демонтированном двигателе)

Датчик положения коленчатого вала

Датчик положения коленчатого вала закреплен на блоке цилиндров двигателя под стартером, в месте стыка блока с картером сцепления. Датчик выдает блоку управления информацию о частоте вращения и угловом положении коленчатого вала.
Датчик — индуктивного типа…

…реагирует на прохождение вблизи своего сердечника зубьев задающего диска, выполненного на внутренней торцевой поверхности маховика.

Для определения положения коленчатого вала один зуб из 36 срезан, образуя широкий паз. При прохождении этого паза мимо датчика в нем генерируется так называемый «опорный» импульс синхронизации. Установочный зазор между сердечником датчика и вершинами зубьев составляет примерно 1,1–1,3 мм. При вращении задающего диска изменяется магнитный поток в магнитопроводе датчика — в его обмотке наводятся импульсы напряжения переменного тока. По количеству и частоте этих импульсов ЭБУ рассчитывает фазу и длительность импульсов управления форсунками и катушкой зажигания.
Датчик фаз (положения распределительного вала) закреплен на задней стенке головки блока цилиндров справа — рядом с зубчатым шкивом распределительного вала выпускных клапанов.
Сигнал датчика фаз ЭБУ использует для согласования процессов впрыска топлива в соответствии с порядком работы цилиндров.
Датчик — индуктивного типа.
Для определения положения поршня первого цилиндра во время рабочего такта…

…датчик фаз реагирует на прохождение выступа, выполненного на распределительном валу выпускных клапанов.
В зависимости от углового положения вала датчик выдает на блок управления прямоугольные импульсы напряжения разного уровня. На основании выходных сигналов датчиков положения коленчатого и распределительного валов блок управления устанавливает угол опережения зажигания и цилиндр, в который следует подать топливо. При выходе из строя датчика фаз ЭБУ переходит в режим нефазированного впрыска топлива.

Дроссельный узел:
1 — блок управления;
2 — корпус;
3 — дроссельная заслонка

К корпусу дроссельного узла прикреплен блок управления дроссельной заслонкой, который состоит из электродвигателя постоянного тока с редуктором и датчика положения заслонки.

Педаль «газа» с датчиком положения педали

ЭБУ принимает входной сигнал от датчика положения педали «газа» и, в свою очередь, передает управляющий сигнал блоку управления дроссельной заслонкой, который с помощью электродвигателя и редуктора поворачивает вал заслонки на требуемый угол.

Датчик положения дроссельной заслонки предназначен для обратной связи с ЭБУ, чтобы компенсировать такие факторы, как нагарообразование на элементах дроссельного узла и их износ.

Датчик температуры охлаждающей жидкости

Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в выпускном патрубке головки блока цилиндров. Датчик фиксируется в патрубке пружинной скобой и уплотняется резиновым кольцом. Стержень датчика омывается охлаждающей жидкостью, циркулирующей через рубашку охлаждения головки блока цилиндров. Датчик представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при повышении температуры. ЭБУ подает на датчик стабилизированное напряжение и по падению напряжения на датчике рассчитывает температуру охлаждающей жидкости, значения которой используются для корректировки подачи топлива и угла опережения зажигания.

Датчик абсолютного давления и температуры воздуха на впуске

Комбинированный датчик абсолютного давления и температуры воздуха на впуске, включающий в себя два датчика (давления и температуры) закреплен на ресивере впускного трубопровода.
Датчик абсолютного давления оценивает изменения давления воздуха в ресивере впускного трубопровода, которые зависят от нагрузки на двигатель и частоты вращения его коленчатого вала, и преобразовывает их в выходные сигналы напряжения. По этим сигналам ЭБУ определяет количество воздуха, поступившего в двигатель, и рассчитывает требуемое количество топлива. Для подачи большего количества топлива при большом угле открытия дроссельной заслонки (разрежение во впускном трубопроводе незначительное) ЭБУ увеличивает время работы топливных форсунок. При уменьшении угла открытия дроссельной заслонки разрежение во впускном трубопроводе увеличивается и ЭБУ, обрабатывая сигнал, сокращает время работы форсунок. Датчик абсолютного давления воздуха во впускном трубопроводе позволяет ЭБУ вносить коррективы в работу двигателя при изменении атмосферного давления в зависимости от высоты над уровнем моря. Датчик температуры воздуха представляет собой терморезистор, который изменяет свое сопротивление в зависимости от температуры воздуха. ЭБУ подает на датчик стабилизированное напряжение и измеряет изменение в уровне сигнала для определения температуры впускного воздуха. Уровень сигнала высокий, когда воздух в трубопроводе холодный, и низкий, когда воздух горячий. Информацию, полученную от датчика, ЭБУ учитывает при расчете расхода воздуха для коррекции подачи топлива и угла опережения зажигания.

Датчик детонации

Датчик детонации закреплен на передней стенке блока цилиндров — между 2 и 3 цилиндрами. Пьезокерамический чувствительный элемент датчика детонации генерирует сигнал переменного напряжения, амплитуда и частота которого соответствуют параметрам вибраций стенки блока цилиндров двигателя. При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты возрастает. При этом для подавления детонации ЭБУ корректирует угол опережения зажигания в сторону более позднего.
В системе управления применяются два датчика концентрации кислорода — управляющий и диагностический.

Управляющий датчик концентрации кислорода

Управляющий датчика концентрации кислорода установлен в катколлекторе системы выпуска отработавших газов — до каталитического нейтрализатора.
Управляющий датчик концентрации кислорода представляет собой гальванический источник тока, выходное напряжение которого зависит от концентрации кислорода в окружающей датчик среде. По сигналу от датчика о наличии кислорода в отработавших газах ЭБУ корректирует подачу топлива форсунками так, чтобы состав рабочей смеси был оптимальным для эффективной работы каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Кислород, содержащийся в отработавших газах, после вступления в химическую реакцию с электродами датчика создает разность потенциалов на выходе датчика, изменяющуюся приблизительно от 0,1 В до 0,9 В.
Низкий уровень сигнала соответствует бедной смеси (наличие кислорода), а высокий уровень — богатой (кислород отсутствует). Когда датчик находится в холодном состоянии, выходной сигнал датчика отсутствует, т. к. его внутреннее сопротивление в этом состоянии очень высокое — несколько МОм (система управления двигателем работает по разомкнутому контуру). Для нормальной работы датчик концентрации кислорода должен иметь температуру не ниже 300 °C. С целью быстрого прогрева датчика после пуска двигателя в датчик встроен нагревательный элемент, которым управляет ЭБУ. По мере прогрева сопротивление датчика падает, и он начинает генерировать выходной сигнал. Тогда ЭБУ начинает учитывать сигнал датчика концентрации кислорода для управления топливоподачей в режиме замкнутого контура.
Датчик концентрации кислорода может быть отравлен в результате применения этилированного бензина или использования при сборке двигателя герметиков, содержащих в большом количестве силикон (соединения кремния) с высокой летучестью. Испарения силикона могут попасть через систему вентиляции картера в камеру сгорания двигателя. Присутствие соединений свинца или кремния в отработавших газах может привести к выходу датчика из строя. В случае выхода из строя датчика или его цепей ЭБУ управляет топливоподачей по разомкнутому контуру.

Диагностический датчик концентрации кислорода

Диагностический датчик концентрации кислорода установлен в катколлекторе системы выпуска отработавших газов после каталитического нейтрализатора. Принцип работы диагностического датчика такой же, как и у управляющего датчика концентрации кислорода. Главной функцией датчика является оценка эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов. Сигнал, генерируемый датчиком, указывает на наличие кислорода в отработавших газах после каталитического нейтрализатора. Если каталитический нейтрализатор работает нормально, показания диагностического датчика будут значительно отличаться от показаний управляющего датчика.

Наряду с выше перечисленными датчиками, для поддержания оптимальных режимов работы двигателя при разных условиях эксплуатации ЭБУ использует также сигналы от блока ABS или датчика скорости автомобиля (на автомобиле без ABS), датчика положения педали сцепления, датчика давления жидкости гидроусилителя руля, датчика давления хладагента системы кондиционирования воздуха (на автомобилях с кондиционером).

Катушка зажигания двигателя

Система зажигания входит в состав системы управления двигателем и состоит из катушки зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. В эксплуатации система не требует обслуживания и регулирования, за исключением замены свечей. Управление током в первичных обмотках катушек осуществляет ЭБУ в зависимости от режима работы двигателя. К выводам вторичных (высоковольтных) обмоток катушки подключены свечные провода: к одной — 1-го и 4-го цилиндров, к другой — 2-го и 3-го. Таким образом, искра одновременно проскакивает в двух цилиндрах (1–4 или 2–3) — в одном в конце такта сжатия (рабочая искра), в другом — в конце такта выпуска (холостая). Катушка зажигания — неразборная, при выходе из строя ее заменяют.

Свеча зажигания

В двигатель устанавливаются свечи зажигания FORD 1362012, BOSCH–024229650 или их аналоги других производителей. Зазор между электродами свечи 1,0–1,1 мм. Размер шестигранника свечи под ключ — 16 мм.

При включении зажигания ЭБУ на 2 с запитывает реле топливного насоса для создания необходимого давления в топливной рампе. Если в течение этого времени проворачивание коленчатого вала стартером не началось, ЭБУ выключает реле и вновь включает его после начала проворачивания.
Если двигатель только что пустили и его обороты выше 400 мин^-1, система управления работает в разомкнутом контуре, не учитывая сигнал от управляющего датчика концентрации кислорода. При этом ЭБУ рассчитывает состав топливовоздушной смеси на основе входящих сигналов датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе. После прогрева управляющего датчика концентрации кислорода система начинает работать в замкнутом контуре, учитывая сигнал датчика.
Если при попытке пуска двигателя он не пустился и есть подозрение, что цилиндры залиты излишним топливом, их можно продуть, полностью нажав педаль «газа» и включив стартер. При этом дроссельная заслонка откроется, и если обороты коленчатого вала будут ниже 400 мин^-1, ЭБУ отключит форсунки. При отпускании педали «газа» ЭБУ включит форсунки. При работе двигателя в зависимости от информации, поступающей от датчиков, состав смеси регулируется длительностью управляющего импульса, подаваемого на форсунки (чем длиннее импульс, тем больше подача топлива).
Во время торможения двигателем (при включенной передаче и сцеплении), когда дроссельная заслонка полностью закрыта, а частота вращения коленчатого вала двигателя велика, впрыск топлива не производится для снижения токсичности отработавших газов.
При падении напряжения в бортовой сети автомобиля ЭБУ увеличивает время накопления энергии в катушках зажигания (для надежного поджигания горючей смеси) и длительность импульса впрыска (для компенсации увеличения времени открытия форсунки). При возрастании напряжения в бортовой сети время накопления энергии в катушках зажигания и длительность подаваемого на форсунки импульса уменьшаются.
При выключении зажигания подача топлива отключается, что предотвращает самовоспламенение смеси в цилиндрах двигателя.

Примечание

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

Схема электронной системы управления двигателем:
1 — аккумуляторная батарея;
2 — выключатель зажигания;
3 — главное реле системы управления двигателем;
4 — ЭБУ;
5 — топливная рампа с форсунками;
6 — датчик абсолютного давления и температуры воздуха на впуске;
7 — колодка диагностики;
8 — выключатель кондиционера;
9 — реле компрессора кондиционера;
10 — комбинация приборов;
11 — датчик давления хладагента кондиционера;
12 — датчик положения педали «газа»;
13 — датчик давления жидкости гидроусилителя руля;
14 — электромагнитная муфта компрессора кондиционера;
15 — датчик положения коленчатого вала;
16 — диагностический датчик концентрации кислорода;
17 — управляющий датчик концентрации кислорода;
18 — датчик фаз;
19 — датчик температуры охлаждающей жидкости;
20 — катушка зажигания;
21 — реле вентилятора системы охлаждения;
22 — вентилятор системы охлаждения;
23 — блок управления дроссельным узлом;
24 — датчик положения педали сцепления;
25 — датчик детонации;
26 — клапан продувки адсорбера;
27 — реле топливного насоса;
28 — топливный модуль
 

Источник: http://wiki.zr.ru/89-2_%D0%A0%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D1%82_Ford_Focus_II.