Ogólny opis i działanie systemów sterowania pracą silnika

Szeregowy interfejs danych GMLAN

Sieć LAN firmy General Motors (GMLAN) car - rodzina autobusów komunikacji szeregowej (podsieci), które umożliwiają elektroniczne urządzenia sterujące (ECU lub węzły) komunikować się ze sobą lub z testerem diagnostycznym.

GMLAN obsługuje trzy magistrale, szybką dwuprzewodową magistralę, średnią dwuprzewodową magistralę i jednoprzewodową małą magistralę.

• autobus dużej prędkości (500 kb/s) - zwykle używane do udostępniania danych w czasie rzeczywistym, takich jak moment obrotowy określony przez kierowcę, rzeczywisty moment obrotowy silnika, kąt skrętu kierownicy itp.
• Opona o średniej prędkości (około 95,2 kb/s) - zwykle używany do wsparcia informacyjnego (wyświetlacz, nawigacja itp.), gdzie czas odpowiedzi systemu wymaga przesłania dużej ilości danych w stosunkowo krótkim czasie, np. aktualizacja wyświetlania informacji graficznych.
• autobus o małej prędkości (33,33 kb/s) - zwykle stosowane w urządzeniach sterowanych przez sterownik, gdzie wymagany jest czas reakcji systemu rzędu 100-200 ms. Ta magistrala obsługuje również działanie z dużą szybkością 83,33 kb/s, używaną tylko podczas przeprogramowywania ECU.

Decyzja o użyciu określonej magistrali w konkretnym pojeździe zależy od tego, w jaki sposób funkcje są rozdzielone między różne kontrolery tego pojazdu. Magistrale GMLAN wykorzystują protokół komunikacyjny LAN sterownika (CAN). Dane są pakowane w komunikaty CAN, które są dzielone na segmenty "ramki" MÓC. Każda ramka CAN zawiera dane nagłówka (znany również jako identyfikator CAN lub CANId) a maksymalnie osiem (8) bajtów danych. Wiadomość może składać się z pojedynczej ramki lub wielu ramek, w zależności od liczby bajtów danych, które definiują całą wiadomość. Arbitraż łącza odbywa się tylko w nagłówku lub CANID części ramki.

Opis sterownika elektronicznego układu sterowania pracą silnika (ECM)

Elektrownia ma elektroniczne systemy sterowania zaprojektowane w celu zmniejszenia emisji spalin przy zachowaniu doskonałych osiągów i oszczędności paliwa. Elektroniczny sterownik zarządzania silnikiem (ECM) jest centrum sterowania tego systemu. ECM steruje wieloma funkcjami silnika i pojazdu. Moduł ECM stale otrzymuje informacje z różnych czujników i innych źródeł danych oraz kontroluje układy, które wpływają na osiągi pojazdu i emisje. Ponadto ECM przeprowadza kontrole diagnostyczne różnych części systemu. Moduł ECM może wykrywać usterki i ostrzegać kierowcę za pomocą lampki kontrolnej awarii (MIL). W przypadku wykrycia usterki moduł ECM zapisuje kod DTC (DTC), który identyfikuje system, w którym wystąpiła usterka. Sterownik dostarcza buforowane napięcie zasilania do różnych czujników i przełączników. Aby określić, które systemy są kontrolowane przez moduł ECM, należy wziąć pod uwagę komponenty i schematy połączeń.

Działanie lampki sygnalizacyjnej usterki (MIL)

Lampka kontrolna awarii (MIL) znajduje się na zestawie wskaźników. MIL wskazuje, że wystąpił problem z emisją.

Opis układu sterowania położeniem pedału przyspieszenia (APP)

System kontroli położenia pedału przyspieszenia (APP) wraz z systemami elektronicznymi pojazdu i innymi komponentami służy do obliczania i kontrolowania wielkości przyspieszenia i opóźnienia poprzez sterowanie wtryskiem paliwa. Dzięki temu nie ma potrzeby mechanicznego połączenia za pomocą linki między pedałem przyspieszenia a układem wtrysku paliwa.


W skład systemu APP wchodzą między innymi następujące węzły:

• Zespół czujnika położenia pedału przyspieszenia (APP)
• Elektroniczny sterownik zarządzania silnikiem (ECM)

Czujnik położenia pedału przyspieszenia (APP)

Czujnik położenia pedału przyspieszenia (APP) znajduje się na zespole pedału przyspieszenia. Czujnik składa się z 2 oddzielnych czujników w jednej obudowie. Czujnik położenia pedału przyspieszenia komunikuje się z modułem ECM za pomocą dwóch oddzielnych obwodów sygnałowych, niskiego napięcia odniesienia i odniesienia 5 V. Każdy czujnik wykonuje inną funkcję wykrywania położenia pedału. Moduł ECM wykorzystuje czujnik APP do określenia wartości przyspieszenia lub opóźnienia wymaganej przez kierowcę pojazdu. Napięcie z czujnika APP 1 wzrasta, gdy pedał przyspieszenia jest wciśnięty od około 1,0 V przy 0% skoku pedału do 4,0 V przy 100% skoku pedału. Napięcie z czujnika APP 2 wzrasta od około 0,5 V przy 0% skoku pedału do 2,0 V przy 100% skoku pedału.

Opis układu paliwowego

Skład układu paliwowego tego samochodu obejmuje następujące elementy:

• Obwód niskiego ciśnienia
• Rury i węże zasilające i powrotne
• Blok dystrybucji paliwa powrotnego
• Zbiornik paliwa
• Pompa zasilania paliwem
• Czujniki poziomu paliwa
• Filtr paliwa/podgrzewacz
• Woda w czujniku paliwa (WIF)
• Obwód wysokiego ciśnienia
• Wysokociśnieniowa pompa paliwowa z dozownikiem
• listwa paliwowa (Common Rail)
• Czujnik ciśnienia szyny paliwowej (FRP)
• wtryskiwacze paliwa
• Regulator ciśnienia szyny paliwowej (FRP)

Czujnik poziomu paliwa

Czujnik poziomu paliwa składa się z pływaka, ramienia z przewodem pływaka i ceramicznej płytki rezystora. Poziom paliwa zależy od położenia dźwigni pływaka. Czujnik poziomu paliwa ma regulowany rezystor, którego rezystancja zmienia się w zależności od ilości paliwa pozostałego w zbiorniku. Ze sterownika elektronicznego systemu zarządzania silnikiem (ECM) informacja o poziomie paliwa jest przekazywana do zestawu wskaźników (IPC). Informacja ta jest wykorzystywana do wskazywania wskaźnika poziomu paliwa na tablicy rozdzielczej, jak również do kontrolki ostrzegawczej niskiego poziomu paliwa (Jeśli możliwe). Ponadto dane wejściowe z czujnika poziomu paliwa są wykorzystywane przez ECM do różnych funkcji diagnostycznych.

Pompa zasilania paliwem

Główna pompa zasilająca paliwem znajduje się po lewej stronie zbiornika paliwa. Zasilanie jest dostarczane do tej pompy paliwa z przekaźnika pompy paliwa, który jest sterowany przez ECM. Paliwo jest pompowane ze zbiornika paliwa do pompy paliwa wysokiego ciśnienia.

Pompa paliwowa wysokiego ciśnienia (CP1H)

Wysokociśnieniowa pompa paliwa BOSCH CP1H jest stosowana w silniku wysokoprężnym Z20S. Pompka ta jest ulepszoną wersją modelu CP1. Teraz ta pompa wytwarza ciśnienie do 1600 barów w szynie paliwowej. Osiągnięto to poprzez wzmocnienie napędu, ulepszenie zespołów zaworowych oraz podjęcie działań mających na celu zwiększenie wytrzymałości obudowy. Aby zapewnić wystarczającą ilość paliwa, pompa ma łączną wydajność 160 l/h.

Wymagana wydajność pompy jest regulowana bezstopniowo za pomocą napędzanego elektrycznie dozownika umieszczonego na wysokociśnieniowej pompie paliwowej. Zawór ten reguluje ilość paliwa dostarczanego do szyny w zależności od potrzeb układu. Ten rodzaj sterowania paliwem nie tylko zmniejsza zapotrzebowanie na moc pompy, ale także obniża maksymalną temperaturę paliwa. Ciśnienie wlotowe wymagane przez wysokociśnieniową pompę paliwową jest zapewniane przez elektryczną pompę zasilającą paliwa umieszczoną na zbiorniku paliwa. Nadmiar paliwa z wysokociśnieniowej pompy paliwowej wraca do zbiornika paliwa przewodem powrotnym paliwa.

Pompa paliwowa wysokiego ciśnienia jest pompą tłokową o potrójnym działaniu. Łączy obwody paliwowe niskiego i wysokiego ciśnienia. Pompa napędzana jest z silnika za pomocą paska rozrządu.

Zespół filtra paliwa

Zespół filtra paliwa składa się z obudowy filtra paliwa, elementu filtrującego, czujnika wody w paliwie, podgrzewacza paliwa i czujnika temperatury paliwa. Element filtrujący zatrzymuje cząsteczki w paliwie, które mogą uszkodzić układ wtrysku paliwa. Z czujnika temperatury paliwa wysyłany jest sygnał do ECM, który wydaje polecenie podgrzania paliwa przez podgrzewacz paliwa. Czujnik wody w paliwie wykrywa obecność wody w obudowie filtra paliwa.

Przewody paliwowe zasilania i powrotu

Przewody paliwowe doprowadzają paliwo ze zbiornika paliwa do wysokociśnieniowej pompy paliwowej. Przewody powrotne paliwa kierują paliwo z zespołu dystrybucji paliwa powrotnego z powrotem do zbiornika paliwa.

Zespoły szyny paliwowej

Zespół szyny paliwowej rozprowadza paliwo pod ciśnieniem przez przewody paliwowe do wtryskiwaczy paliwa.

Zespół szyny paliwowej składa się z następujących części:

• listwa paliwowa (Common Rail)
• Czujnik ciśnienia szyny paliwowej (FRP)
• Regulator ciśnienia szyny paliwowej (FRP)

Czujnik ciśnienia szyny paliwowej przekazuje informacje o ciśnieniu paliwa do ECM. Moduł ECM wykorzystuje te informacje do sterowania ciśnieniem paliwa poprzez otwieranie lub zamykanie regulatora ciśnienia paliwa wraz z blokiem pomiarowym przed wysokociśnieniową pompą paliwową.

Wtryskiwacze paliwa

Wtryskiwacz paliwa to urządzenie elektromagnetyczne sterowane przez ECM, które podaje sprężone paliwo do pojedynczego cylindra silnika. Moduł ECM zasila elektrozawór wtryskiwacza o niskiej impedancji w celu otwarcia normalnie zamkniętego zaworu. Paliwo pod ciśnieniem jest wypuszczane przez iglicę wtryskiwacza paliwa i wraca do zbiornika paliwa przewodami powrotnymi paliwa. Różnica ciśnienia paliwa powyżej i poniżej igły powoduje otwarcie igły. Paliwo z końcówki wtryskiwacza paliwa jest wtryskiwane bezpośrednio do komory spalania podczas suwu sprężania silnika.

Opis układu świec żarowych

W silniku wysokoprężnym w cylindrze sprężane jest tylko powietrze. Następnie po sprężeniu powietrza do cylindra wtryskiwana jest porcja paliwa iw wyniku nagrzania podczas sprężania następuje zapłon. W celu ułatwienia rozruchu silnika zastosowano cztery świece żarowe.

Świece żarowe są sterowane przez sterownik świec żarowych (GCU), a świece żarowe nagrzewają się do 1000°C w ciągu nie więcej niż 3 sekund (1832°F). Temperatura i pobór mocy są kontrolowane wspólnie przez ECM i GCU w szerokim zakresie, aby sprostać warunkom wstępnego nagrzania silnika. Zasilanie jest dostarczane do każdej świecy żarowej oddzielnie. Taki układ zapewnia optymalny czas nagrzewania świec żarowych, a czas pracy nagrzewania wstępnego można ograniczyć do minimum, aby skrócić czas rozruchu i wydłużyć żywotność świec żarowych.

Początkowy czas zapłonu świecy żarowej różni się w zależności od napięcia i temperatury układu. W niskich temperaturach czas włączenia wydłuża się.

Świece żarowe

Świece żarowe to grzejniki w każdym cylindrze, które działają przy napięciu 4,4 V. Są włączane i sterowane sygnałem o modulowanej szerokości impulsu, gdy kluczyk zapłonu jest przekręcany w położenie "STANOWISKO" przed uruchomieniem silnika. Przez pewien czas po uruchomieniu kontynuują pracę w trybie pulsacyjnym, a następnie wyłączają się.

Wskaźnik świecy żarowej na tablicy rozdzielczej służy do informowania o warunkach uruchomienia silnika. Wskaźnik świecy zapłonowej nie zapala się, gdy świece żarowe działają po uruchomieniu silnika.

Sterownik świec żarowych (GCU)

Sterownik świec żarowych to urządzenie półprzewodnikowe, które steruje świecami żarowymi. GCU jest podłączony do następujących obwodów:

• Obwód napięcia zapłonu 1.
• Obwód napięcia akumulatora.
• Obwód diagnostyczny znajdujący się między ECM a sterownikiem świec żarowych.
• Obwód masowy silnika.
• Obwody zasilania świec żarowych znajdują się między sterownikiem świec żarowych a samymi świecami żarowymi.

Opis układu recyrkulacji spalin (EGR)

Układ recyrkulacji spalin (EGR) służy redukcji zawartości tlenków azotu (NOx) w spalinach powstających przy wysokich temperaturach spalania. Odbywa się to poprzez wprowadzenie niewielkiej ilości spalin z powrotem do komory spalania. Gazy spalinowe pochłaniają część energii cieplnej powstającej podczas procesu spalania i tym samym obniżają temperaturę spalania. Układ EGR działa tylko w określonych temperaturach, ciśnieniu barometrycznym i obciążeniu silnika, aby zapobiec pogorszeniu właściwości jezdnych i zwiększyć moc silnika.

Układ EGR składa się z następujących elementów:

• zawór EGR - Zawór EGR jest sterowany próżniowo. Zawór EGR służy do kierowania spalin z układu wydechowego do kolektora dolotowego w celu recyrkulacji podczas procesu spalania.
• Pompa próżniowa - Podciśnienie siłownika podciśnienia zaworu EGR jest wytwarzane przez pompę mechaniczną napędzaną wałkiem rozrządu, zwaną pompą próżniową. Pompa próżniowa pracuje nieprzerwanie podczas pracy silnika.
• Elektromagnes sterujący siłownika podciśnienia zaworu EGR - Elektrozawór sterujący siłownika podciśnienia EGR znajduje się w układzie sterowania podciśnienia EGR między pompą podciśnienia a zaworem EGR. Moduł ECM wysyła sygnał modulacji szerokości impulsu (PWM) przez obwód masowy elektrozaworu do sterowania siłownikiem podciśnieniowym zaworu EGR, aby otworzyć zawór EGR do żądanej pozycji za pomocą odmierzonego zasilania podciśnienia z pompy próżniowej. Elektromagnes sterujący siłownika podciśnienia EGR jest zasilany napięciem zapłonu przez obwód napięcia zapłonu 1 z przekaźnika głównego. Elektrozawór sterowania podciśnieniem EGR jest typu normalnie zamkniętego.
• Sterowanie siłownikiem przepustnicy EGR - Silniki wysokoprężne nie wytwarzają wystarczającej próżni, aby recyrkulowane spaliny mogły same wejść do procesu spalania. Gdy przepustnica EGR jest zamknięta, zapobiega to przedostawaniu się świeżego powietrza do silnika, powodując wytworzenie podciśnienia. Kiedy ECM otrzymuje polecenie otwarcia zaworu EGR, przepustnica EGR otrzymuje polecenie zamknięcia. Zawór dławiący EGR jest typu normalnie otwartego.
• czujnik MAF -czujnik MAF (masowy przepływ powietrza) znajduje się w układzie dolotowym powietrza między filtrem powietrza a króćcem wylotowym zaworu EGR. ECM wykorzystuje sygnał z czujnika masowego przepływu powietrza (MAF) do obliczenia rzeczywistego natężenia przepływu recyrkulowanych spalin w kolektorze dolotowym. Gdy zawór EGR jest otwarty, wartość MAF maleje.
• chłodnica EGR - Płyn chłodzący silnik przepływa przez chłodnicę EGR w celu obniżenia temperatury spalin przed ich wejściem do zaworu EGR i kolektora dolotowego.

Opis układu turbodoładowania

Turbosprężarka zwiększa moc silnika poprzez dostarczanie sprężonego powietrza do komór spalania, co powoduje spalanie większej ilości paliwa przy optymalnej mieszance paliwowo-powietrznej. W konwencjonalnej turbosprężarce turbina obraca się pod wpływem spalin z silnika na łopatki turbiny. To obraca koło sprężarki na przeciwległym końcu wału turbiny, pompując więcej powietrza do układu dolotowego.

W turbosprężarce tego pojazdu położenie łopatek turbiny jest kontrolowane przez sterownik sterowania silnikiem (ECM), za pomocą którego reguluje się ciśnienie doładowania. W ten sposób ciśnienie doładowania można regulować niezależnie od prędkości obrotowej silnika. Ostrza są zamocowane na wspólnym pierścieniu, który można obracać, aby zmienić kąt nachylenia ostrzy. Moduł ECM zmienia doładowanie w zależności od obciążenia silnika.

Opis układu filtra cząstek stałych silnika Diesla (DPF)

Układ oczyszczania spalin silnika wysokoprężnego składa się z katalizatora rozruchowego umieszczonego w komorze silnika (precat) oraz katalizator umieszczony pod nadwoziem (główny katalizator utleniający do silników wysokoprężnych + powlekany filtr cząstek stałych do silników wysokoprężnych).

Układy sterowania silnikiem i oczyszczania spalin mają na celu zmniejszenie zawartości szkodliwych substancji, takich jak węglowodory w spalinach (HC) i tlenek węgla (CO), a także cząstki stałe (sadza) w celu spełnienia dzisiejszych surowych norm emisji spalin.

Filtr cząstek stałych jest wykonany z węglika krzemu i pokryty metalem szlachetnym. Przeznaczony jest do redukcji węglowodorów (HC) i tlenek węgla (CO) i zatrzymuje cząstki w spalinach silnika, aby zmniejszyć emisję sadzy do atmosfery. Cząstki sadzy gromadzą się w kanałach powlekanego filtra oleju napędowego i są spalane w regularnych odstępach czasu (w procesie tzw "regeneracja"), aby zapobiec zatkaniu filtra. Nadmierne nagromadzenie sadzy w filtrze może doprowadzić do spadku mocy silnika i awarii filtra podczas regeneracji. Aby zwiększyć temperaturę spalin podczas regeneracji, do filtra wtryskiwane jest dodatkowe paliwo przez wiele wtryskiwaczy. W tym czasie temperatura w filtrze DPF wzrasta do około 600°C, a nagromadzona sadza utlenia się lub spala do dwutlenku węgla (CO ₂).

Przewody ciśnieniowe podłączone do czujnika różnicy ciśnień mierzą poziom osadów sadzy w powlekanym filtrze cząstek stałych i zabezpieczają silnik, inicjując proces regeneracji po osiągnięciu krytycznego poziomu sadzy.

Katalizator rozruchowy w komorze silnika (precat) i główny katalizator diesla (DOC) pokryte metalem szlachetnym i służą do zmniejszenia zawartości węglowodorów w spalinach (HC) i tlenek węgla (CO). Dodatkowo podczas regeneracji jednostki te przyczyniają się do wzrostu temperatury spalin poprzez spalanie dodatkowo wtryskiwanego paliwa. Dodatkowy wtrysk paliwa do cylindrów umożliwia regenerację w każdych warunkach pracy silnika, a także przy dowolnych wartościach temperatury i ciśnienia zewnętrznego. Proces regeneracji przebiega płynnie i zazwyczaj jest niezauważalny dla kierowcy pojazdu.