Описание конструкции системы управления двигателем Lada Granta

Электронная система управления двигателем (ЭСУД) состоит из электронного блока управления (контроллера), датчиков параметров работы двигателя и автомобиля, а также исполнительных устройств.

Расположение элементов ЭСУД в салоне автомобиля (для наглядности показано при снятой панели приборов):

1 – датчик положения педали сцепления;

2 – выключатель сигналов торможения;

3 – модуль педали «газа»;

4 – контроллер.

Элементы электронной системы управления двигателем:

1* – контроллер;

2* – датчик положения коленчатого вала;

3* – управляющий датчик концентрации кислорода;

4* – колодка диагностики;

5* – диагностический датчик концентрации кислорода;

6 – блок управления дроссельного узла;

7* – датчик скорости автомобиля;

8* – клапан продувки адсорбера;

9* – модуль педали «газа»;

10* – выключатель сигналов торможения;

11* – датчик положения педали сцепления;

12 – аккумуляторная батарея;

13 – датчик массового расхода воздуха;

14 – датчик температуры охлаждающей жидкости;

15 – катушка зажигания;

16 – датчик детонации;

17 – свечи зажигания;

18* – форсунки.

* – элемент на фото не виден.

Схема электронной системы управления двигателем:

1 – аккумуляторная батарея;

2 – выключатель зажигания;

3 – главное реле;

4 – контроллер;

5 – колодка диагностики;

6 – комбинация приборов;

7 – датчик массового расхода воздуха;

8 – клапан продувки адсорбера;

9 – модуль педали «газа»;

10 – свечи зажигания;

11 – датчик детонации;

12 – катушка зажигания;

13 – датчик температуры охлаждающей жидкости;

14 – топливная рампа с форсунками;

15 – блок управления дроссельного узла;

16 – управляющий датчик концентрации кислорода;

17 – датчик скорости автомобиля;

18 – диагностический датчик концентрации кислорода;

19 – датчик положения коленчатого вала;

20 – реле вентилятора системы охлаждения;

21 – вентилятор системы охлаждения;

22 – выключатель сигналов торможения;

23 – датчик положения педали сцепления;

24 – реле топливного насоса;

25 – топливный модуль.

Контроллер 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 контроллер берет 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 контроллера колодок 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.

Контроллер получает информацию от датчиков системы и управляет исполнительными устройствами, такими как топливный насос и форсунки, катушка зажигания, дроссельная заслонка, нагревательные элементы клапан продувки адсорбера и вентилятор системы охлаждения.

Контроллер закреплен в салоне автомобиля ниже вещевого ящика под напольным покрытием. Кроме подвода напряжения питания к датчикам и управления исполнительными устройствами контроллер выполняет диагностические функции системы управления (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.), контроллер переводит систему на аварийные режимы работы.

Суть их состоит в том, что при выходе из строя какого-либо датчика или его цепи контроллер применяет замещающие данные, хранящиеся в его памяти.

Размещение контроллера (ЭБУ) на моторном щите в салоне Лада Гранта

Контроллер (ЭБУ) двигателя

Сигнализатор неисправности системы управления двигателем расположен в комбинации приборов. Если система исправна, то при включении зажигания сигнализатор должен загореться – таким образом, ЭСУД проверяет исправность сигнализатора и цепи управления. После пуска двигателя сигнализатор должен погаснуть, если в памяти контроллера 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. Запрещается эксплуатация автомобиля с постоянно горящим или мигающим сигнализатором в комбинации приборов. В этом случае допускается самостоятельное движение автомобиля (при этом могут ухудшиться некоторые параметры работы двигателя – мощность, приемистость, экономичность) до СТО для устранения неисправности. После устранения неисправности сигнализатор будет выключен контроллером через определенное время задержки, в течение которого неисправность не проявляется и при условии, что в памяти контроллера отсутствуют другие коды неисправностей, требующие включение сигнализатора. Коды неисправностей (даже если сигнализатор погас) остаются в памяти контроллера и могут быть считаны с помощью специального диагностического прибора – сканера, подключаемого к колодке диагностики.

Сигнализатор неисправности системы управления в комбинации приборов

Колодка диагностики (диагностический разъем) расположена в салоне автомобиля под консолью панели приборов справа.

Размещение диагностического разъема

При удалении кодов неисправностей из памяти контроллера с помощью диагностического прибора или посредством отключения аккумуляторной батареи (не менее, чем на 10 с) 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, угол открытия дроссельной заслонки.

Датчик положения коленчатого вала установлен в отверстии прилива крышки масляного насоса. Датчик выдает блоку управления информацию о частоте вращения и угловом положении коленчатого вала.

Размещение датчика положения коленчатого вала с задающим диском

Датчик – индуктивного типа реагирует на прохождение вблизи своего сердечника зубьев задающего диска, объединенного со шкивом привода генератора. Зубья расположены на диске с интервалом 6°. Для определения положения коленчатого вала два зуба из 60 срезаны, образуя широкий паз. При прохождении этого паза мимо датчика в нем генерируется так называемый «опорный» импульс синхронизации. 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. При отсутствии сигнала с датчика положения коленчатого вала топливо не подается в цилиндры двигателя и искрообразование на свечах отсутствует.

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ) двигателя

Для регулирования мощности двигателя на автомобиле используется электронный привод дроссельной заслонки. Водитель, в соответствии со своими намерениями по изменению мощности двигателя, нажимает на педаль «газа». Положение педали отслеживается с помощью двух датчиков угловых перемещений (расположенных в модуле педали «газа»), которые передают сигналы контроллеру. Из контроллера соответствующие сигналы поступают на блок управления дроссельного узла, который изменяет положение заслонки.

Дополнительно из контроллера поступают команды по изменению момента зажигания, момента и продолжительности впрыска топлива. При таком методе управления дроссельной заслонкой (для обеспечения безопасности движения и снижения расхода топлива) контроллер может регулировать положение заслонки без изменения водителем положения педали «газа».

В модуле педали «газа» для обеспечения большей надежности применяются два датчика положения педали. Оба датчика представляют собой потенциометры со скользящим контактом, укрепленным на общем валу. При каждом изменении положения педали изменяется сопротивление датчиков и, соответственно, напряжение, которое передается контроллеру. При отсутствии сигнала одного из датчиков модуля педали «газа» работа двигателя в первоначальный момент возможна только на режиме холостого хода. Как только система управления в течение определенного времени опознает другой датчик положения педали, то появится возможность движения автомобиля.

При отсутствии сигналов с обоих датчиков положения педали «газа» двигатель может работать только на повышенных оборотах холостого хода и не реагирует на педаль «газа» – возможно лишь самостоятельное движение к месту ремонта на 1-2 передаче.

Модуль педали «газа»

Блок управления дроссельного узла, состоящий из электродвигателя постоянного тока с редуктором и двух датчиков положения заслонки, прикреплен к корпусу дроссельного узла. Открытие и закрытие заслонки на требуемый угол осуществляется электродвигателем (через редуктор) блока управления дроссельного узла по сигналам контроллера. При обесточивании электродвигателя заслонка автоматически (посредством пружины) перемещается в аварийное (немного приоткрытое) положение. Два датчика углового положения дроссельной заслонки предназначены для обратной связи с контроллером. Оба датчика представляют собой потенциометры со скользящим контактом. Скользящий контакт каждого датчика закреплен на ведомой шестерне редуктора, которая сидит на валике дроссельной заслонки. Контакты касаются дорожек потенциометров в крышке блока управления. При изменении положения дроссельной заслонки изменяются сопротивления дорожек потенциометров и, тем самым, – напряжения сигналов, которые передаются контроллеру. Из-за того, что графики обоих потенциометров направлены навстречу друг другу, контроллер может отличать датчики один от другого и осуществлять проверочные функции. Если контроллер получает от одного из датчиков положения дроссельной заслонки неразличимый сигнал или вообще не получает никакого сигнала, то для контроля другого датчика используется сигнал нагрузки. При этом автомобиль нормально реагирует на изменение положения педали «газа». Если контроллер получает от обоих угловых датчиков неразличимые сигналы или вообще не получает сигналов, то загорается сигнализатор неисправности системы в комбинации приборов. При этом двигатель может работать только с повышенной частотой холостого хода и не реагирует на педаль «газа».

При обесточивании электродвигателя блока управления дроссельного узла или выходе из строя обоих датчиков положения заслонки двигатель может работать только на повышенных оборотах холостого хода и не реагирует на педаль «газа» – возможно лишь самостоятельное движение к месту ремонта на 1-2 передаче.

Дроссельный узел:

1 – крышка редуктора;

2 – корпус;

3 – дроссельная заслонка;

4 – блок управления.

Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в крышке термостата. Стержень датчика омывается охлаждающей жидкостью, выходящей из рубашки охлаждения головки блока цилиндров.

Размещение датчика температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) двигателя

Датчик представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при повышении температуры. Контроллер 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. При возникновении неисправностей цепей датчика загорается сигнализатор неисправности системы управления двигателем в комбинации приборов, контроллер включает вентилятор системы охлаждения на постоянный режим работы и рассчитывает значение температуры по обходному алгоритму.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) двигателя

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) термоанемометрического типа установлен в корпусе, расположенном между воздушным фильтром и шлангом подвода воздуха к дроссельному узлу.

Размещение датчика массового расхода воздуха (ДМРВ) двигателя

Контроллер использует информацию от датчика массового расхода воздуха для определения длительности импульса открытия форсунок. В датчике используются три чувствительных элемента. Один элемент определяет температуру воздуха, а два других, соединенных параллельно, нагреваются до определенной температуры, превышающей температуру воздуха. Проходящий через датчик воздух охлаждает нагреваемые элементы. Чем выше скорость потока воздуха, тем интенсивнее охлаждение. Электронная схема датчика определяет расход воздуха путем измерения электрической мощности, необходимой для поддержания заданной температуры нагреваемых элементов. Информацию о расходе воздуха датчик выдает в виде цифрового сигнала. При выходе из строя датчика или его цепей загорается сигнализатор неисправности системы управления двигателем в комбинации приборов, и контроллер рассчитывает значение массового расхода воздуха по частоте вращения коленчатого вала и положению дроссельной заслонки.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) двигателя

Датчик детонации закреплен на передней стенке блока цилиндров между 2-м и 3-м цилиндрами.

Размещение датчика детонации двигателя

Датчик реагирует на высокочастотные колебания блока цилиндров, возникающие при детонационном сгорании топлива. Пьезокерамический чувствительный элемент датчика детонации генерирует сигнал переменного напряжения, амплитуда и частота которого соответствуют параметрам вибраций стенки блока цилиндров. При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты возрастает. При этом для подавления детонации контроллер корректирует угол опережения зажигания в сторону более позднего. В системе управления применяются два датчика концентрации кислорода – управляющий и диагностический.

Датчик детонации

Примечание:

Детонация в двигателе – самоускоряющийся процесс перехода горения топливовоздушной смеси в детонационный взрыв без совершения работы, с переходом энергии сгорания топлива в температуру и давление газов.

Фронт пламени распространяется со скоростью взрыва, т. е. превышает скорость распространения звука в данной среде, и приводит к сильным ударным нагрузкам на детали цилиндропоршневой и кривошипно-шатунной групп, тем самым вызывая усиленный износ этих деталей. Высокая температура газов приводит к прогоранию днища поршней и обгоранию клапанов.

Управляющий датчик концентрации кислорода установлен в катколлекторе до каталитического нейтрализатора отработавших газов.

Размещение управляющего датчика концентрации кислорода в катколлекторе двигателя

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, контроллер 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 50 до 900 мВ. 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, поэтому для быстрого прогрева после запуска двигателя в датчик встроен нагревательный элемент, которым управляет контроллер. По мере прогрева сопротивление датчика падает, и он начинает генерировать выходной сигнал. Контроллер постоянно выдает в цепь датчика стабилизированное опорное напряжение 450 мВ. Пока датчик концентрации кислорода не прогреется, его выходное напряжение находится в диапазоне от 300 до 600 мВ. При этом контроллер управляет системой впрыска, не учитывая напряжение на датчике. По мере прогрева датчика концентрации кислорода его внутреннее сопротивление уменьшается, и он начинает изменять выходное напряжение, выходящее за пределы указанного диапазона. Тогда контроллер отключает нагрев датчика и 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, а оттуда – в катколлектор. В случае выхода из строя датчика концентрации кислорода или его цепей контроллер включает сигнализатор неисправности, заносит в свою память соответствующий код неисправности и управляет топливоподачей по разомкнутому контуру.

Управляющий датчик концентрации кислорода

Диагностический датчик концентрации кислорода установлен в катколлекторе после каталитического нейтрализатора отработавших газов.

Размещение диагностического датчика концентрации кислорода в катколлекторе двигателя

Принцип работы диагностического датчика такой же, как и у управляющего датчика концентрации кислорода. Главной функцией датчика является оценка эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов и осуществление второго, более точного контроля обогащения топливовоздушной смеси. 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 концентрации кислорода.

Диагностический датчик концентрации кислорода.

Датчик скорости автомобиля установлен сверху на картере сцепления, над корпусом внутреннего шарнира привода правого переднего колеса.

Размещение датчика скорости на картере сцепления 

Принцип его действия основан на эффекте Холла. Задающий диск датчика (установлен на коробке дифференциала и прижат внутренним кольцом правого подшипника дифференциала) вращается с частотой вращения передних колес автомобиля. Датчик выдает на контроллер прямоугольные импульсы напряжения (нижний уровень – не более 1,0 В, верхний – около 5,0 В) с частотой, пропорциональной скорости вращения ведущих колес. Количество импульсов датчика пропорционально пути, пройденному автомобилем. Контроллер определяет скорость автомобиля по частоте импульсов. При выходе из строя датчика или его цепей контроллер заносит в свою память код неисправности и включает сигнализатор неисправности в комбинации приборов.

Датчик скорости автомобиля

Наряду с вышеперечисленными датчиками, для поддержания оптимальных режимов работы двигателя при разных условиях эксплуатации контроллер использует также сигналы от датчика положения педали сцепления и выключателя сигналов торможения.

По сигналам датчика положения педали сцепления и выключателя сигналов торможения контроллер различает нажатое и не нажатое положения педалей. При нажатой педали сцепления контроллер отключает регулирование нагрузки двигателя.

Размещение датчика положения педали сцепления

Датчик положения педали сцепления

Размещение выключателя сигналов торможения

Выключатель сигналов торможения

Датчик положения распределительного вала (датчик фазы) установлен на задней крышке привода распределительных валов.

Размещение датчика фаз 8-клапанных двигателей

Размещение датчика фаз двигателя ВАЗ-21126

При вращении впускного распределительного вала выступы на его передней шейке изменяют магнитное поле датчика фазы, наводя импульсы напряжения переменного тока.

Датчик фаз 8-клапанных двигателей 

Датчик фаз двигателя ВАЗ-21126

Система зажигания двигателей ВАЗ 11183, ВАЗ 21116 и ВАЗ 11186 состоит из катушки зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. В эксплуатации система не требует обслуживания и регулировки, за исключением замены свечей. Четырехвыводная катушка зажигания представляет собой блок из двух катушек.

Размещение катушки зажигания 8-клапанного двигателя

Управление током в первичных обмотках катушки зажигания осуществляется контроллером в зависимости от режима работы двигателя. К выводам вторичных (высоковольтных) обмоток катушки подключены свечные провода: к одной обмотке – 1-го и 4-го цилиндров, к другой – 2-го и 3-го. Таким образом, искра одновременно проскакивает в двух цилиндрах (1 и 4 или 2 и 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.

Катушка зажигания 8-клапанного двигателя

Система зажигания двигателя ВАЗ 21126 состоит из индивидуальных катушек зажигания и свечей зажигания. 

Индивидуальные катушки зажигания двигателя ВАЗ-21126

Свечи зажигания А17ДВРМ, А15ДВРМ или их импортные аналоги, с помехоподавительным резистором сопротивлением 4-10 кОм и центральным электродом с медным сердечником. Зазор между электродами свечи – 1,0-1,1 мм.

Свечи зажигания

Работа системы управления

При включении зажигания контроллер ЭСУД обменивается информацией с иммобилайзером (если он активирован), предназначенным для предотвращения несанкционированного пуска двигателя. При этом работа двигателя возможна, если контроллер получил правильный сигнал от иммобилайзера. В противном случае пуск двигателя блокируется.

При повороте ключа зажигания в положение «I» контроллер 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, контроллер выключает реле и вновь включает его после начала проворачивания. Если зажигание включалось три раза подряд без проворачивания стартером коленчатого вала, то следующее включение реле топливного насоса произойдет только с началом проворачивания. Во время пуска двигателя топливо подается в цилиндры двигателя асинхронно – независимо от положения распределительного вала.

Необходимым условием пуска двигателя является достижение оборотов коленчатого вала при его прокрутке стартером не ниже 80 мин^-1. При этом напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть не менее 6 В.

Как только частота вращения коленчатого вала двигателя достигнет определенной величины (зависящей от температуры охлаждающей жидкости), контроллер сформирует импульс фазированного включения форсунок – топливо подается в цилиндры синхронно (в зависимости от положения распределительного вала). При этом контроллер по информации, поступающей от датчиков системы, рассчитывает момент включения каждой форсунки: топливо впрыскивается один раз за один полный рабочий цикл соответствующего цилиндра. Если при проворачивании коленчатого вала стартером педаль «газа» полностью нажата, контроллер воспринимает ситуацию как режим продувки цилиндров и не выдает импульсы на форсунки, перекрывая подачу топлива. Так поступают, если есть подозрение, что смесь переобогащена и потому не воспламеняется (двигатель «залит» топливом). Если в ходе продувки двигатель начнет работать, и обороты коленчатого вала достигнут 400 мин^-1, контроллер включит подачу топлива. При работе двигателя состав смеси регулируется длительностью управляющего импульса, подаваемого на форсунки (чем длиннее импульс, тем больше подача топлива). При отсутствии сигнала с датчика положения коленчатого вала (вал не вращается, неисправен датчик или его цепи) контроллер отключает подачу топлива в цилиндры. Подача топлива отключается и при выключении зажигания, что предотвращает самовоспламенение смеси в цилиндрах двигателя. В случае определения контроллером пропусков воспламенения топливовоздушной смеси в одном или нескольких цилиндрах, подача топлива в эти цилиндры прекращается, и сигнализатор неисправности системы управления начинает мигать. Во время торможения двигателем (при включенной передаче и сцеплении), когда педаль «газа» не нажата, а частота вращения коленчатого вала двигателя велика, впрыск топлива не производится для снижения токсичности отработавших газов. При падении напряжения в бортовой сети автомобиля контроллер увеличивает время накопления энергии в катушке зажигания (для надежного поджигания горючей смеси) и длительность импульса впрыска (для компенсации увеличения времени открытия форсунки). При возрастании напряжения в бортовой сети время накопления энергии в катушке зажигания и длительность подаваемого на форсунку импульса уменьшаются. Контроллер управляет включением вентилятора системы охлаждения (через реле) в зависимости от температуры двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Вентилятор системы охлаждения включается, если температура охлаждающей жидкости превысит пороговое значение.

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 контроллера. Перед сушкой автомобиля в сушильной камере (после покраски) снимите контроллер. 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.

Источник: carpedia.club