Загальний опис та робота систем керування двигуном

Послідовний інтерфейс передачі даних GMLAN

Локальна мережа General Motors (GMLAN) автомобіля – сімейство послідовних комунікаційних шин (підмереж), які дозволяють електронним контрольним пристроям (ECU або вузлам) підтримувати зв'язок один з одним або з діагностичним тестером.

GMLAN підтримує три шини, високошвидкісну двопровідну шину, середньошвидкісну двопровідну шину та однопровідну низькошвидкісну шину.

• Високошвидкісна шина (500 кбіт/с) - зазвичай застосовується для спільного використання даних у режимі реального часу, типу заданий водієм крутний момент, фактичний крутний момент двигуна, кут повороту і т.д.
• Середньошвидкісна шина (приблизно 95.2 кбіт/с) - зазвичай використовується для інформаційної підтримки (відображення, навігація і т.д.), де час відповіді системи вимагає, щоб велика кількість даних була передана за відносно короткий час, типу оновлення відображення графічної інформації.
• Низькошвидкісна шина (33.33 кбіт/с) - зазвичай використовується для керованих водієм пристроїв, де потрібний час відповіді системи близько 100-200 мс. Ця шина також підтримує високошвидкісну операцію при 83.33 кбіт/с, яка використовується лише при перепрограмуванні контролера ECU.

Рішення щодо застосування певної шини на конкретному автомобілі залежить від того, як розподілені функції між різними контролерами цього автомобіля. У шинах GMLAN використовується протокол комунікацій контролерної локальної мережі (CAN). Дані запаковуються в повідомленнях CAN, які сегментовані на "фрейми" CAN. Кожен кадр CAN включає дані заголовка (також відомого як ідентифікатор CAN, або CANId) та максимум восьми (8) байтів даних. Повідомлення може складатися з окремого кадру або з багатьох кадрів залежно від кількості байтів даних, які визначають повне повідомлення. Арбітраж каналу зв'язку відбувається тільки за заголовком, або CANId, частиною кадру.

Опис контролера електронної системи керування двигуном (ЕСУД)

У силовій установці є електронні системи управління, призначені для зменшення токсичності вихлопних газів і, водночас, підтримки відмінних ходових якостей та економії палива. Контролер електронної системи керування двигуном (ЕСУД) є центром керування цією системою. Контролер ЕСУД управляє безліччю функцій двигуна та автомобіля. Контролер ЕСУД безперервно приймає інформацію від різних датчиків та інших джерел даних, а також керує системами, що впливають на робочі характеристики автомобіля та токсичність вихлопних газів. Крім того, контролер ЕСУД виконує діагностичні перевірки різних частин системи. Контролер ЕСУД може виявляти порушення функціонування та попереджати водія за допомогою контрольної лампи індикації несправності (MIL). При виявленні несправності контролер ЕСУД зберігає діагностичний код несправності (DTC), за допомогою якого ідентифікується система, де виникла несправність. З контролера подається буферизована напруга живлення на різні датчики та вимикачі. Щоб визначити, які системи керуються контролером ЕСУД, необхідно розглянути вузли та електричні схеми.

Функціонування контрольної лампи індикації несправності (MIL)

Контрольна лампа індикації несправності (MIL) розміщена на комбінації приладів. Лампа MIL свідчить про те, що виникла несправність, пов'язана з токсичністю вихлопних газів.

Опис системи контролю положення педалі акселератора (APP)

Система контролю положення педалі акселератора (APP) разом з електронними системами автомобіля та іншими вузлами служить для розрахунку та керування величиною прискорення та уповільнення шляхом керування упорскуванням палива. Таким чином відпадає необхідність у механічному зв'язку за допомогою троса між педаллю акселератора та системою упорскування палива.


Серед іншого, до системи APP входять такі вузли:

• Вузол датчика положення педалі акселератора (APP)
• Контролер електронної системи управління двигуном (ЕСУД)

Датчик положення педалі акселератора (APP)

Датчик положення педалі акселератора (APP) розташований на вузлі акселератора педалі. Датчик складається з двох окремих датчиків в одному корпусі. Для зв'язку датчика положення педалі акселератора з контролером ЕСУД використовуються ланцюга двох окремих сигналів, низького опорного рівня і опорної напруги 5 В. Кожен датчик виконує свої функції для визначення положення педалі. Контролер ЕСУД датчик APP використовується для визначення величини прискорення або уповільнення, потрібної водію автомобіля. Напруга з датчика APP 1 зростає при натисканні педалі акселератора приблизно з 1,0 при ході педалі 0% до 4,0 при ході педалі 100%. Напруга з датчика APP 2 зростає приблизно з 0,5 при ході педалі 0% до 2,0 при ході педалі 100%.

Опис паливної системи

До складу паливної системи цього автомобіля входять такі вузли:

• Контур низького тиску
• трубки, що подають і зворотні, та шланги
• Поворотний паливний розподільчий блок
• Паливний бак
• Поливний насос, що подає
• Датчики рівня палива
• Паливний фільтр/нагрівач
• Датчик води в паливі (WIF)
• Контур високого тиску
• Паливний насос високого тиску з дозуючим блоком
• Паливна рампа (Common Rail)
• Датчик тиску паливної рампи (FRP)
• Паливні форсунки
• Регулятор тиску в паливній рампі (FRP)

Датчик рівня палива

Датчик рівня палива складається з поплавця, дротяного важеля поплавця та керамічної резисторної плати. Рівень палива визначається за положенням важеля поплавця. У датчику рівня палива є змінний резистор, опір якого змінюється залежно від залишку палива баку. З контролера електронної системи керування двигуном (ЕСУД) інформація про рівень палива передається на комбінацію приладів (IPC). Ця інформація використовується для індикації на вказівнику залишку палива на панелі приладів, а також для попереджувального індикатора низького рівня палива (за його наявності). Крім того, вхід від датчика рівня палива використовується контролером ЕСУД для різних діагностичних функцій.

Паливний насос, що подає

Головний паливний насос розташований на лівій половині паливного бака. Напруга живлення цей паливний насос подається з реле паливного насоса, яке керується контролером ЭСУД. Паливо перекачується із паливного бака на паливний насос високого тиску.

Паливний насос високого тиску (CP1H)

Паливний насос високого тиску CP1H фірми BOSCH застосовується на дизельному двигуні Z20S. Цей насос є вдосконаленим варіантом моделі CP1. Тепер цей насос створює у паливній рампі тиск до 1600 бар. Це було досягнуто шляхом посилення приводу, удосконалення клапанних вузлів та вжиття заходів щодо підвищення міцності корпусу. Щоб забезпечити достатню кількість палива, насос має конструкцію, що має загальну продуктивність 160 л/год.

Необхідна продуктивність насоса плавно регулюється за допомогою дозуючого блоку з електроприводом, розташованого на паливному насосі високого тиску. Цей клапан регулює кількість палива, що подається в рампу, відповідно до потреб системи. Такий тип регулювання подачі палива не лише знижує вимоги до потужності насоса, а й зменшує максимальну температуру палива. Тиск на впуску, необхідний для паливного насоса високого тиску, забезпечується електричним паливним насосом, що подає, розташованим на паливному баку. Надмірне паливо з паливного насоса високого тиску повертається в паливний бак по зворотному паливопроводу.

Паливний насос високого тиску є поршневим насосом потрійної дії. Він пов'язує паливні контури низького та високого тиску. Насос наводиться у обертання від двигуна приводним ременем газорозподільного механізму.

Вузол паливного фільтра

Вузол паливного фільтра складається з корпусу паливного фільтра, елемента, що фільтрує, датчика води в паливі, нагрівача палива і датчика температури палива. Фільтруючий елемент вловлює частинки, що містяться в паливі, які можуть пошкодити систему упорскування палива. Від датчика температури палива сигнал надходить на контролер ЕСУД, який видає команду підігріву палива у вигляді паливного нагрівача. Датчик води у паливі виявляє присутність води у корпусі паливного фільтра.

Подавальні та зворотні паливопроводи

По паливапроводів, що подають, паливо подається з толпивного бака на паливний насос високого тиску. По зворотним паливопроводам паливо повертається зі зворотного паливорозподільного блоку назад у паливний бак.

Вузли паливної рампи

Вузол паливної рампи розподіляє паливо під тиском паливопроводами на паливні форсунки.

Вузол паливної рампи складається з наступних частин:

• Паливна рампа (Common Rail)
• Датчик тиску паливної рампи (FRP)
• Регулятор тиску в паливній рампі (FRP)

Датчик тиску паливної рампи передає на контролер ЕСУД інформацію про тиск палива. У контролері ЕСУД ця інформація використовується для регулювання тиску палива за допомогою команд відкриття або закриття регулятора тиску палива разом з блоком дозування на вході паливного насоса високого тиску.

Паливні форсунки

Паливна форсунка є електромагнітним пристроєм, керованим контролером ЕСУД, який дозує стиснене паливо в окремий циліндр двигуна. З контролера ЕСУД подається напруга на низькоімпедансний електромагнітний клапан форсунки, щоб відкрити нормально закритий клапан. Паливо під тиском випускається поверх голки паливної форсунки та повертається в паливний бак через поворотні паливопроводи. Різниця тиску палива над голкою та під нею змушує голку відкритися. Паливо з наконечника паливної форсунки розпорошується безпосередньо в камеру згоряння на такті стиснення двигуна.

Опис системи свічок розжарювання

На дизельному двигуні в циліндрі стискається лише повітря. Потім, після стиснення повітря, порція палива розпорошується в циліндр і в результаті нагрівання при стисканні відбувається займання. Для полегшення пуску двигуна використовуються чотири свічки розжарювання.

Керування свічками розжарювання здійснюється контролером свічок розжарювання (GCU), і свічкам розжарювання потрібно не більше 3 секунд для того, щоб нагрітися до 1000°C (1832°F). Температура та споживання енергії контролюються спільно контролерами ЕСУД та GCU у широкому діапазоні для виконання умов попереднього прогріву двигуна. Живлення на кожну свічку розжарювання подається окремо. Такий пристрій забезпечує оптимальний час нагрівання свічок розжарювання, при цьому час роботи попереднього прогріву може бути зведений до мінімуму для скорочення часу запуску та продовження терміну служби свічок розжарювання.

Початковий час увімкнення свічки розжарювання варіюється в залежності від напруги в системі та температури. При низькій температурі час увімкнення збільшується.

Свічки розжарювання

Свічки розжарювання являють собою нагрівачі в кожному циліндрі, що працюють при напрузі 4,4 В. Вони включаються та управляються широтно-модульованим сигналом при повороті ключа запалювання в положення "РОБОТА" перед запуском двигуна. Якийсь час після запуску вони продовжують працювати в імпульсному режимі, а потім вимикаються.

Індикатор свічок розжарювання на панелі приладів служить для інформування про умови пуску двигуна. Індикатор свічок запалювання не світиться під час роботи свічок розжарювання після запуску двигуна.

Контролер свічок розжарювання (GCU)

Контролер свічок розжарювання є напівпровідниковим пристроєм, що управляє свічками розжарювання. Контролер GCU пов'язаний з такими ланцюгами:

• Ланцюг напруги запалювання 1.
• Ланцюг напруги акумулятора.
• Діагностичний ланцюг, розташований між контролером ЕСУД і контролером свічок розжарювання.
• Ланцюг маси двигуна.
• Ланцюги живлення свічок розжарювання розташовані між контролером свічок розжарювання та власне свічками розжарювання.

Опис системи рециркуляції відпрацьованих газів (EGR)

Система рециркуляція газів, що відпрацювали (EGR) служить для зниження вмісту оксидів азоту (NOx) у вихлопних газах, що утворюються при високій температурі згоряння. Це здійснюється шляхом подачі невеликої кількості газів, що відпрацювали, назад в камеру згоряння. Вихлопні гази поглинають частину теплової енергії, що виробляється у процесі згоряння, і таким чином зменшує температуру згоряння. Система EGR працює тільки при певних значеннях температури, барометричного тиску та навантаження двигуна, щоб не допустити погіршення ходових якостей та підвищити потужність двигуна.

Система EGR складається з наступних компонентів:

• Клапан EGR - Клапан EGR має вакуумний привід. Клапан EGR служить для спрямування відпрацьованих газів з вихлопної системи до впускного колектора для рециркуляції в процесі згоряння.
• Вакуумний насос - Вакуум для вакуумного приводу клапана системи EGR створюється механічним насосом із приводом від розподільчого валу, званим вакуумним насосом. Вакуумний насос працює безперервно, коли працює двигун.
• Електромагнітний клапан керування вакуумним приводом клапана EGR - Електромагнітний клапан керування вакуумним приводом клапана EGR розташований у вакуумній системі керування EGR між вакуумним насосом та клапаном EGR. Контролер ЕСУД видає сигнал широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) ланцюгом маси електромагнітного клапана управління вакуумним приводом клапана EGR, щоб за допомогою дозованої подачі вакууму з вакуумного насоса відкрити клапан EGR в необхідне положення. На електромагнітний клапан управління вакуумним приводом клапана EGR подається напруга запалювання ланцюга напруги запалювання 1 з головного реле. Електромагнітний клапан керування вакуумним приводом клапана EGR має нормально закритий тип.
• Управління приводом дросельної заслінки EGR - У дизельних двигунах не створюється достатній вакуум для того, щоб вихлопні гази, що рециркулюються, самостійно могли потрапити в процес згоряння. Дросельна заслінка EGR у закритому стані перешкоджає попаданню свіжого повітря в двигун, внаслідок чого у ньому створюється розрідження. Коли контролером ЕСУД видається команда відкриття клапана EGR, на дросельну заслінку EGR видається команда на закриття. Дросельна заслінка EGR має нормально-відкритий тип.
• Датчик MAF - Датчик MAF (масової витрати повітря) розташований у впускній повітряній системі між повітряним фільтром та випускним портом клапана EGR. У контролері ЕСУД використовується сигнал від датчика масової витрати повітря (MAF) для розрахунку фактичної витрати вихлопних газів, що рециркулюються, у впускному колекторі. Коли клапан EGR відкрито, значення MAF зменшується.
• Охолоджувач EGR - Охолоджувальна рідина двигуна протікає через охолоджувач EGR, щоб зменшити температуру вихлопних газів перед їх надходженням на клапан EGR та впускний колектор.

Опис системи турбонаддуву

Турбонагнітач підвищує потужність двигуна, подаючи стиснене повітря в камери згоряння, завдяки чому згоряє більшу кількість палива з оптимальним складом паливо-повітряної суміші. У звичайному турбонагнітач турбіна обертається під дією вихлопних газів, що надходять з двигуна на лопатки турбіни. При цьому обертається колесо компресора на протилежному кінці валу турбіни, накачуючи більше повітря у впускну систему.

На турбонагнітач цього автомобіля положення лопаток турбіни управляється контролером управління двигуном (ЕСУД), за допомогою чого регулюється тиск турбонаддува. Таким чином, тиск наддуву може регулюватися незалежно від обертів двигуна. Лопатки закріплені на загальному кільці, яке може обертатися зміни кута лопаток. Контролер ЕСУД змінює наддув, залежно від навантаження двигуна.

Опис системи дизельного фільтра сажі (DPF)

Система обробки вихлопних газів дизельного двигуна складається з розташованого в моторному відсіку пускового каталізатора (precat) та каталітичного нейтралізатора, розташованого під кузовом (головного дизельного окисного каталізатора + сажового дизельного фільтра з покриттям).

Системи керування двигуном та обробки вихлопних газів призначені для зменшення вмісту у вихлопних газах таких шкідливих речовин, як вуглеводні (HC) та чадний газ (CO), а також твердих частинок (сажі) з метою дотримання сучасних суворих норм токсичності вихлопних газів.

Саджовий дизельний фільтр виготовлений з карбіду кремнію та покритий благородним металом. Він призначений для скорочення кількості вуглеводнів (HC) та чадного газу (CO) і вловлює частки у вихлопних газах двигуна з метою зменшення викидів сажі в атмосферу. Частинки сажі накопичуються в каналах дизельного фільтра з покриттям і спалюються через регулярні проміжки часу (у процесі, що називається "регенерацією"), щоб не допустити засмічення фільтра. Надмірне скупчення сажі у фільтрі може призвести до падіння потужності двигуна та поломки фільтра під час регенерації. Для підвищення температури вихлопних газів під час регенерації фільтр через безліч форсунок додатково впорскується паливо. У цей час температура у фільтрі DPF підвищується приблизно до 600°C, і сажа, що накопичилася, окислюється або вигоряє, перетворюючись на вуглекислий газ (CO₂).

Напірні трубки, з'єднані з датчиком перепаду тиску, служать для вимірювання рівня відкладень сажі в дизельному фільтрі сажі з покриттям та захисту двигуна, запускаючи процес регенерації при досягненні критичного рівня відкладення сажі.

Пусковий каталізатор у моторному відсіку (precat) та головний дизельний каталітичний нейтралізатор (DOC) покриті благородним металом і служать для зменшення вмісту вихлопних газів вуглеводнів (HC) та чадного газу (CO). Крім того, під час регенерації ці вузли сприяють підвищенню температури вихлопних газів шляхом спалювання додатково палива, що додатково впорскується. Додаткове впорскування палива в циліндри дозволяє виконувати регенерацію в будь-яких умовах роботи двигуна, а також за будь-яких значень зовнішньої температури і тиску. Процес регенерації відбувається гладко і зазвичай непомітно водія автомобіля.