2 Устройство электронной системы распределённого впрыска топлива.

2.1. Электронный блок управления (ЭБУ) управляет топливоподачей, временем накопления энергии и моментом зажигания, частотой вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, электробензонасосом, тахометром, контрольной лампой диагностики двигателя "CHECK ENGINE" (ПРОВЕРЬ ДВИГАТЕЛЬ), расположенной на панели приборов, вентилятором системы охлаждения двигателя и муфтой компрессора кондиционера (при его наличии), формирует на маршрутный компьютер сигналы скорости автомобиля и расхода топлива, поддерживает необходимое соотношение воздух/топливо - 14,7:1 (стехиометрический состав). Рабочие параметры, определяемые ЭБУ и управляемые им системы, приведены на схеме.

При возникновении неисправностей в системе, в процессе эксплуатации автомобиля, ЭБУ определяет тип неисправности, оповещает о них водителя лампой "CHECK ENGINE" и сохраняет в памяти коды, обозначающие характер неисправности и помогающие механику осуществить ремонт.

2.2. Система управления включает в себя ряд датчиков: датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик детонации, датчик массового расхода воздуха, датчик положения коленчатого вала, датчик скорости автомобиля, датчик положения дроссельной заслонки, датчик кислорода.

2.2.1. Датчик температуры охлаждающей жидкости (термисторный) устанавливается в выпускном патрубке в потоке охлаждающей жидкости двигателя. Термистор, находящийся внутри датчика, является термистором с "отрицательным температурным коэффициентом" - при нагреве его сопротивление уменьшается. Высокая температура охлаждающей жидкости вызывает низкое сопротивление (70 Ом ± 2% при +130 °С), а низкая температура дает высокое сопротивление (100700 Ом ± 2% при -40 °С).

ЭБУ подает на датчик температуры охлаждающей жидкости напряжение 5 В через резистор с постоянным сопротивлением, находящийся внутри ЭБУ. Температуру охлаждающей жидкости ЭБУ рассчитывает по падению напряжения на датчике, имеющем переменное сопротивление. Падение напряжения большое на холодном двигателе и низкое на прогретом.

2.2.2. Датчик детонации (ДД), пьезокерамического типа устанавливается на блоке двигателя. Во время работы двигателя датчик генерирует сигнал напряжения переменного тока с частотой и амплитудой зависящей от частоты и амплитуды вибрации той части двигателя, на которой установлен датчик.

При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты повышается, что приводит к увеличению амплитуды выходного сигнала ДД. ЭБУ считывает этот сигнал и корректирует угол опережения зажигания для гашения детонации.

2.2.3. Датчик, массового расхода воздуха (ДМРВ) (термоанемометрического типа) устанавливается между воздушным фильтром и дроссельным патрубком. ДМРВ имеет чувствительный элемент, тонкую сетку (мембрану) на основе кремния, установленную в потоке всасываемого воздуха На сетке располагаются нагревательный резистор и два температурных датчика, установленных перед нагревательным резистором и за ним.

Сигнал ДМРВ представляет собой напряжение постоянного тока, изменяющееся в диапазоне от 1 до 5 В, величина которого зависит от количества воздуха, проходящего через датчик. Во время работы двигателя проходящий воздух охлаждает часть сетки расположенной перед нагревательным резистором. Температурный датчик расположенный перед резистором охлаждается, а температурный датчик расположенный за ним, благодаря подогреву воздуха, сохраняет свою температуру. Дифференциальный сигнал обоих датчиков делает возможным получение характеристической кривой, зависящей от величины потока воздуха. Сигнал вырабатываемый ДМРВ - аналоговый.

ЭБУ, получая сигнал от ДМРВ, использует свои таблицы данных и определяет длительность импульса открытия форсунок, которая соответствует сигналу массового расхода воздуха.

2.2.4. Датчик 3, рис.3, положения коленчатого вала (электромагнитного типа) устанавливается на приливе корпуса масляного насоса на расстоянии (1 + 0,4) мм от вершины зубцов шкива коленчатого вала. 58 зубцов расположены по окружности специального диска 4, который является частью шкива. Зубцы равноудалены и расположены через 6°. Для генерирования "импульса синхронизации" два зуба на шкиве отсутствуют. При вращении коленчатого вала зубцы диска изменяют магнитное поле датчика, создавая наведенные импульсы напряжения, рис.4.

По импульсу синхронизации от датчика положения коленчатого вала, ЭБУ определяет положение и частоту вращения коленчатого вала и рассчитывает момент срабатывания форсунок и модуля зажигания. ЭБУ включает топливные форсунки попарно - 1/3 цилиндров и через 180° поворота коленвала - форсунки 2/4 цилиндров. Для срабатывания модуля зажигания ЭБУ подает на него импульс напряжения постоянного тока. Модуль зажигания возбуждает устройства согласования катушек, которые в свою очередь подают импульс высокого напряжения на свечи зажигания первого и четвертого (1/4) и далее второго и третьего (2/3) цилиндров.

Рис.3. Диск и датчик положения коленчатого вала. Вид сзади:

1 - жгут проводов; 2 - колодка; 3 - датчик положения коленчатого вала; 4 - диск.

Рис.4. Сигналы системы электронного зажигания:

А - импульсы напряжения с датчика положения коленчатого вала; В - дискретный сигнал ЭБУ; С - сигнал "момент зажигания" на 1 и 4 цилиндры; D - сигнал "момент зажигания" на 2 и 3 цилиндры, Е - положение коленчатого вала относительно ВМТ первого цилиндра

2.2.5. Датчик скорости автомобиля (принцип работы которого основан на эффекте Холла) устанавливается на выходном валу привода спидометра. ЭБУ посылает на датчик скорости опорное напряжение 12 В. Датчик скорости выдает на ЭБУ импульсный сигнал, частота которого зависит от скорости движения автомобиля. Датчик скорости участвует в управлении работой системы впрыска.

2.2.6. Датчик положения дроссельной заслонки установлен на корпусе дроссельного патрубка и имеет механическую связь с осью дроссельной заслонки. Датчик представляет собой резистор потенциометрического типа, на один из выводов которого с ЭБУ подается опорное напряжение 5 В, а второй вывод соединен с "массой". Третий вывод соединяет подвижный контакт датчика с ЭБУ, что позволяет электронному блоку на основе выходного сигнала с датчика определять положение дроссельной заслонки и с учетом данных других датчиков рассчитывать длительность импульсов на форсунку. При закрытом положении дроссельной заслонки выходной сигнал датчика должен быть в пределах от 0,3 до 0,7 В. При открытии дроссельной заслонки выходной сигнал возрастает, и при полностью открытом дросселе выходное напряжение должно быть выше 4 В, Значение напряжения можно измерить при помощи мультиметра (см. приложение 2) подсоединив щупы мультиметра к клеммам С и В датчика 2, рис.5. При полностью открытом дросселе прибор DСТ-2М отображает значение параметра "DКРОТ" равное 78% (таблица 4).

Рис.5. Схема электрическая подключения датчика положения дроссельной заслонки:

1 - электронный блок управления (ЭБУ); 2 - датчик положения дроссельной заслонки; 3 - колодка датчика положения дроссельной заслонки (вид спереди). Назначение клемм ЭБУ: 12 - выход напряжения питания датчиков; 26 - выход заземления датчиков; 53 - входной сигнал с датчика положения дроссельной заслонки.

При резком нажатии на рычаг управления дроссельной заслонкой ЭБУ воспринимает быстро возрастающее напряжение сигнала с датчика, увеличивает длительность импульсов на форсунки и формирует дополнительные импульсы управления открытия форсунок. Этот режим аналогичен режиму работы ускорительного насоса для двигателей с карбюратором.

2.2.7. Датчик концентрации кислорода используется только в паре с нейтрализатором и устанавливается в нижней части приемной трубы глушителя. Кислород, содержащийся в отработавших газах, взаимодействует с датчиком, в результате чего на выходе датчика создается выходное напряжение относительно опорного с ЭБУ от 10 мВ (высокая концентрация кислорода - бедная смесь) до 950 мВ (низкая концентрация кислорода - богатая смесь).

Когда датчик кислорода находится в холодном состоянии (температура чувствительного элемента датчика меньше 150 °С) он не выдает никакого напряжения или генерирует медленно меняющееся напряжение, непригодное в качестве сигнала. Поэтому на выходе датчика кислорода будет присутствовать только опорное напряжение 450 мВ, которое выдает ЭБУ в цепь датчика кислорода.

Данный режим работы датчика является определяющим для работы системы впрыска в режиме "разомкнутой петли".

В режиме "разомкнутой петли" ЭБУ рассчитывает длительность импульсов впрыска без учета сигнала с датчика концентрации кислорода. Расчеты производятся на базе опорного сигнала с датчика положения коленвала и сигналов с датчика массового расхода воздуха, датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика положения дроссельной заслонки. В режиме "разомкнутой петли" рассчитанная ЭБУ длительность импульса впрыска определяет соотношение воздух/топливо, отличающееся от 14,7:1. Это характерно для непрогретого двигателя, т. к. в этом состоянии для хороших ездовых качеств требуется более богатая смесь.

По мере прогрева датчик начинает генерировать быстро меняющееся от 10 до 950 мВ напряжение Сигнал с датчика концентрации кислорода подается на ЭБУ, который, в зависимости от содержания кислорода в отработавших газах, изменяет количество впрыскиваемого топлива для поддержания постоянного стехиометрического состава смеси. Этот режим является режимом "замкнутой петли".

В режиме "замкнутой петли" ЭБУ рассчитывает длительность импульса впрыска по данным тех же датчиков, что и для режима "разомкнутой петли" и дополнительно использует сигнал с датчика концентрации кислорода. Сигнал с датчика концентрации кислорода позволяет ЭБУ производить точный расчет длительности импульса впрыска для строгого поддержания соотношения воздух/топливо - 14,7:1, обеспечивающего максимальную эффективность работы каталитического нейтрализатора.

Датчик концентрации кислорода имеет внутренний нагревательный элемент для быстрого подогрева датчика до температуры выше 150 °С после пуска холодного двигателя.

2.3. ЭБУ управляет системой подачи топлива, рис.7, которая включает в себя реле электробензонасоса и электробензонасос 1, топливный фильтр 2, топливопроводы 3 и 8, топливную рампу 5 со штуцером 6 для контроля давления топлива, форсунками 7 и регулятором 4 давления топлива.

Рис 7. Система подачи топлива:

1 - электробензонасос; 2 - топливный фильтр; 3 - трубопровод подачи топлива; 4 -регулятор давления топлива; 5 - топливная рампа; 6 - штуцер для контроля давления топлива; 7 - форсунки; 8 - трубопровод обратного слива; 9 - бак топливный

2.3.1. Электробензонасос 1 турбинного типа, погружной, устанавливается в топливном баке 9, напряжение питания 12 В подается на насос через реле электробензонасоса, управляемое ЭБУ При установке ключа зажигания в положение "зажигание" ЭБУ подает питание на реле электробензонасоса и насос 1 обеспечивает подачу топлива на форсунки под давлением от 280 до 320 кПа (от 2,8 до 3,2 кгс/см2).

Если в течение двух секунд прокрутка стартером двигателя не начинается, ЭБУ выключает реле электробензонасоса и ожидает начала прокрутки двигателя, при этом давление в топливной рампе 5 понижается и стабилизируется в пределах от 200 до 240 кПа (от 2,0 до 2,4 кгс/см2). При начале прокрутки двигателя ЭБУ распознает вращение по опорному сигналу датчика положения коленчатого вала и вновь включает реле электробензонасоса.

Избыток топлива, сверх количества требующегося форсункам, возвращается из топливной рампы в бензобак по трубопроводу 8 обратного слива.

2.3.2. Топливный фильтр 2 установлен под днищем кузова около бензобака. Фильтр встроен в линию подачи топлива между электробензонасосом 1 и топливной рампой 5. Корпус фильтра изготовлен из стали и имеет резьбовые штуцеры для присоединения трубопроводов. Фильтрующий элемент изготовлен из бумаги и предназначен для улавливания содержащихся в топливе твердых частиц, которые могут привести к повреждению прецизионных деталей форсунок.

2.3.3. Форсунка 5, рис.8, (каждая из четырех) установлена одним концом в топливной рампе 1, другим в отверстии впускной трубы 3, герметичность соединений обеспечивается с помощью уплотнительных колец 2.

Форсунка, рис.9, представляет собой устройство с электромагнитным клапаном, который при получении электрического импульса с ЭБУ втягивает сердечник 7, в результате чего подпружиненный шариковый клапан 4 отходит от своего седла и позволяет топливу пройти через сетчатый фильтр 10 и направляющую пластину 2 в распылительную насадку 5. Топливо под давлением направляется коническим факелом на тарелку впускного клапана 4, рис.8. По истечении электрического импульса электромагнит отключается и подпружиненный шариковый клапан 4, рис.9, запирается, перекрывая подачу топлива.

Рис.8. Установка топливной форсунки:

1 -топливная рампа; 2 - уплотнительные кольца; 3 - впускная труба; 4 - впускной клапан; 5 - форсунка; 6 - разъем; 7 - стопорная скоба.

ЭБУ включает топливные форсунки попарно (1/3 или 2/4 цилиндров). Пары форсунок включаются попеременно через каждые 180° поворота коленвала. Эта схема называется попеременным синхронным двойным впрыском.

Рис.9. Топливная форсунка:

1 - корпус форсунки; 2 - направляющая пластина с проставкой; 3 - седло клапана; 4 - шариковый клапан; 5 - распылительная насадка; 6 - корпус распылителя; 7 - сердечник с пружиной; 8 - катушка; 9 - разъем; 10-фильтр.

Номинальное сопротивление обмотки форсунки от 11,0 до 13,4 Ом, при 20 °С.

2.3.4. Регулятор 4, рис.7, давления топлива установлен на топливной рампе 5. Регулятор представляет собой мембранный предохранительный клапан. На диафрагму регулятора с одной стороны действует давление топлива, а с другой - давление пружины регулятора и давление (разрежение) во впускной трубе. Регулятор поддерживает постоянный перепад давления (по отношению к давлению во впускной трубе) на форсунках. При увеличении нагрузки на двигатель (при росте давления во впускном трубопроводе) регулятор увеличивает давление топлива в топливной рампе, при уменьшении нагрузки - регулятор уменьшает давление топлива.

Работа регулятора давления. При падении давления в топливной рампе пружина регулятора давления прижимает диафрагму и клапан к седлу клапана, в результате чего слив топлива в бензобак 9 прекращается и создаются условия для нарастания давления на входе.

Когда давление топлива превысит усилие пружины регулятора давления, клапан открывается для сброса избытка топлива в линию слива (трубопровод 8). При включенном зажигании, неработающем двигателе и работающем электробензонасосе регулятор 4 поддерживает давление в топливной рампе 5 в пределах от 280 до 320 кПа (от 2,8 до 3,2 кгс/см2).

2.3.5. Рампа форсунок 5 представляет собой полую планку с установленными на ней форсунками и регулятором давления топлива. Топливная рампа закреплена на впускной трубе двигателя. На рампе форсунок расположен закрытый резьбовой пробкой штуцер для контроля давления топлива.

2.4. В состав электронной системы впрыска топлива входит система непосредственного зажигания, рис.10.

Рис.10. Схема электрическая системы непосредственного зажигания:

1 - свечи зажигания; 2 - катушка зажигания 2 и 3 цилиндров; 3 - модуль системы непосредственного зажигания; 4 - датчик положения коленчатого вала; 5 - электронный блок управления (ЭБУ); 6 - выключатель зажигания; 7 - катушка зажигания 1 и 4 цилиндров.

Назначение клемм ЭБУ: 1 - выходной сигнал управления зажиганием на катушку 1 и 4 цилиндров; 14, 24 - входы "Силовое заземление"; 21 - выходной сигнал управления зажиганием на катушку 2 и 3 цилиндров; 27 - входной сигнал напряжения от реле зажигания; 48 - входной сигнал (низкого уровня) с датчика положения коленчатого вала; 49 - входной сигнал (высокого уровня) с датчика положения коленчатого вала.

Система зажигания состоит из свечей 1 с высоковольтными проводами, модуля зажигания 3 в сборе с двумя катушками зажигания 2 и 7, датчика 4 положения коленчатого вала и ЭБУ 5.

В электронной системе зажигания применен метод "холостой искры". Каждая катушка генерирует высоковольтные импульсы на соответствующую пару свечей зажигания (1/4 или 2/3 цилиндров). Искрообразование происходит одновременно в цилиндре, находящемся на такте сжатия (рабочая искра), и в цилиндре, находящемся на такте выпуска ("холостая искра"). На искрообразование в цилиндре, находящемся на такте выпуска, требуется небольшое количество энергии. Большая часть энергии используется в цилиндре, находящемся на такте сжатия, что обеспечивает нормальное искрообразование и хорошее воспламенение топливовоздушной смеси. Аналогичный процесс повторяется, когда цилиндры меняются ролями.

Электронное управление зажиганием включает четыре цепи между модулем 3 зажигания и электронным блоком 5 управления.

2.4.1. Цепь напряжения питания - провод 68 ГП. По цепи питания обеспечивается подача, напряжения +12 В с выключателя зажигания 6 на клемму "D" модуля 3 зажигания.

2.4.2. Цепь заземления - провод 66 К. Цепь заземления идет от торца крышки головки блока цилиндров на клемму "С" модуля 3 зажигания.

2.4.3. Цепь управляющего сигнала зажигания на 1/4 цилиндры - провод 21 БГ. При вращении коленчатого вала ЭБУ подает управляющий сигнал зажигания на клемму "В" модуля 3 зажигания. Этот сигнал дает команду модулю на включение первичного тока катушки 7 и выдачи вторичного напряжения на 1/4 цилиндры.

2.4.4. Цепь управляющего сигнала зажигания на 2/3 цилиндры - провод 40 СП. При вращении коленчатого вала ЭБУ подает управляющий сигнал на клемму "А" модуля 3 зажигания. Этот сигнал дает команду модулю на включение первичного тока катушки 2 и выдачи вторичного напряжения на 2/3 цилиндры.

ЭБУ на базе сигналов с датчика 4 положения коленчатого вала управляет углом опережения зажигания и временем накопления энергии на всех ездовых режимах.

Во время запуска двигателя ЭБУ определяет последовательность срабатывания свечей зажигания по импульсу синхронизации. При частоте вращения коленчатого вала ниже 500 мин¹ ЭБУ регулирует угол опережения зажигания только по сигналу датчика положения коленвала. При возрастании частоты вращения выше 500 мин¹ ЭБУ переходит в режим электронного управления двигателем используя дополнительно сигналы с других датчиков.

2.4.5. Для обеспечения нормальной работы системы зажигания используются свечи зажигания типа А17ДВРМ или их аналоги. Зазор между электродами свечи должен составлять 1,0+01 мм.

2.5. В состав электронной системы впрыска топлива входит система подачи воздуха, рис.11.

Система подачи воздуха состоит из ресивера 1, дроссельного патрубка 2, шланга 3 впускной трубы, датчика 4 массового расхода воздуха, воздушного фильтра 5.

Рис. 11. Система подачи воздуха (воздушный фильтр приподнят):

1 - ресивер, 2 - дроссельный патрубок, 3 - шланг впускной трубы, 4 - датчик массового расхода воздуха, 5 - воздушный фильтр.

2.5.1. Воздушный фильтр 5 установлен в передней части подкапотного пространства и закреплен на резиновых опорах. Фильтрующий элемент воздушного фильтра - бумажный с увеличенной площадью фильтрующей поверхности.

2.5.2. Дроссельный патрубок 2 системы подачи воздуха закреплен на ресивере 1. Он дозирует количество воздуха, поступающего во впускную трубу. Поступлением воздуха в двигатель управляет дроссельная заслонка, соединенная приводом с педалью акселератора. Дроссельный патрубок в сборе имеет в своем составе датчик 4, рис.12, положения дроссельной заслонки и регулятор 3 холостого хода.

Регулятор 3 холостого хода установлен на корпусе 1 дроссельного патрубка. Регулятор состоит из двухполюсного шагового двигателя с двумя обмотками и соединенного с ним конусного штока клапана. Конусная часть штока регулятора холостого хода располагается в канале подачи воздуха для обеспечения регулирования холостого хода двигателя. Шток регулятора выдвигается или втягивается в зависимости от управляющего сигнала ЭБУ Регулятор холостого хода регулирует частоту вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, управляя количеством воздуха, подаваемым в обход закрытой дроссельной заслонки.

Рис.12. Агрегат дроссельного патрубка:

1 - корпус дроссельного патрубка; 2 - штуцер продувки адсорбера; 3 - регулятор холостого хода; 4 - датчик положения дроссельной заслонки; 5 - штуцер отсоса картерных газов; 6 - штуцеры подвода и отвода охлаждающей жидкости.

В полностью выдвинутом положении (выдвинутое до упора положение соответствует "0" шагов), конусная часть штока перекрывает подачу воздуха в обход дроссельной заслонки. При открывании клапан обеспечивает расход воздуха, пропорциональный перемещению штока (количеству шагов) от своего седла. Полностью открытое положение клапана соответствует перемещению штока на 255 шагов.

На прогретом двигателе ЭБУ, управляя перемещением штока, поддерживает постоянную частоту вращения коленчатого вала на холостом ходу независимо от состояния двигателя и от изменения нагрузки двигателя (включение электровентилятора, компрессора кондиционера и т.д.).

При каждом выключении зажигания ЭБУ устанавливает клапан регулятора в закрытое положение ("0" шагов). Затем ЭБУ открывает клапан на расчетное количество шагов (порядка 85 шагов) для обеспечения достаточной подачи воздуха при последующем пуске двигателе.

2.6. Для исключения загрязнения окружающей среды испарениями топлива, система распределенного впрыска топлива оснащена системой улавливания паров бензина (СУПБ), рис.13.

В СУПБ применен метод улавливания паров бензина угольным адсорбером.

Рис. 13. Система улавливания паров бензина:

1 - бак топливный; 2 - клапан гравитационный; 3 - паропровод; 4 - клапан вакуумный; 5 - адсорбер; 6 - штуцер подвода воздуха для продувки адсорбера; 7 - электромагнитный клапан; 8 - шланг продувки адсорбера; 9 - агрегат корпуса дроссельной заслонки; 10 - крышка головки блока; 11 - клапан предохранительный; 12 - сепаратор; 13 -труба наливная.

При неработающем двигателе пары топлива из топливного бака 1 поступают по паропроводу 3 в адсорбер 5, где удерживаются активированным углем до включения режима продувки адсорбера. Управление продувкой осуществляет ЭБУ при помощи электромагнитного клапана 7. ЭБУ регулирует степень продувки адсорбера в зависимости от режима работы двигателя, подавая на клапан сигнал с изменяемым периодом следования импульса (33 мс, 66 мс, 132 мс).

При включении продувки адсорбера, пары бензина по шлангу 8 через штуцер агрегата 9 дроссельной заслонки поступают во впускную трубу для приготовления горючей смеси.

ЭБУ включает электромагнитный клапан продувки при следующих условиях:

- температура охлаждающей жидкости выше определенного значения;

- система управления топливоподачей работает в режиме обратной связи по датчику кислорода;

- двигатель работает не в режиме отключения топливоподачи;

- система топливоподачи исправна.

2.7. Для снижения выбросов вредных веществ с отработавшими газами автомобиль оснащается нейтрализатором. Эффективная работа нейтрализатора обеспечивается точной дозировкой воздушно-топливной смеси (14,6... 14,7:1) с помощью сигнала с датчика кислорода.

Наиболее вероятной причиной выхода из строя нейтрализатора является эксплуатация автомобиля на этилированном бензине. Свинец, содержащийся в этилированном бензине, закупоривает микроскопические каналы нейтрализатора делая его работу неэффективной.

Автомобили, оборудованные нейтрализатором, должны эксплуатироваться только на неэтилированном бензине.