Функции системы управления двигателем ЗМЗ-51432

Система управления дизелем Bosch EDC16

В системе Bosch EDC16 реализовано управление дизелем ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот по величине крутящего момента. Поступающие в блок управления системы EDC16 данные о требуемом крутящем моменте систематизируются, обрабатываются и используются для корректировки топливоподачи.

Этот принцип управления позволяет улучшить согласование работы отдельных систем и агрегатов автомобиля для повышения комфортности управления автомобилем.

Функциями данной системы являются

• управление топливоподачей для обеспечения требуемого для движения автомобиля крутящего момента развиваемого дизелем с учетом затрат мощности на привод агрегатов автомобильных систем (насос ГУР, компрессор кондиционера) и изменения нагрузки на генератор;
• управление рециркуляцией отработавших газов — для снижения содержания окислов азота в выбросах отработавших газов;
• управление работой свечей накаливания — для обеспечения пуска двигателя и его прогрева;
• противоугонная функция — иммобилайзер для автомобилей УАЗ-31638 Патриот, УАЗ-23638 Пикап, УАЗ-23608 Карго;
• бортовая диагностика EOBD за работоспособностью агрегатов систем влияющих на токсичность ОГ и включение лампы на панели приборов в случае обнаружения неисправностей и перевод двигателя в безопасный режим работы до устранения возникшей неисправности с записью кода неисправности в память ЭБУ;
• диагностика датчиков и исполнительных механизмов системы управления двигателем с включением лампы на панели приборов автомобиля в случае обнаружения неисправностей и записью кода неисправности в память ЭБУ и перевод двигателя в безопасный режим работы до устранения неисправности;
• снижение видимого дыма (противодымная функция); — защита двигателя и топливной аппаратуры.

Регулирование топливоподачи

От количества впрыскиваемого топлива непосредственно зависят важнейшие параметры двигателя ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот: крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ, а также его механическая и термическая нагрузка.

Регулирование цикловой дозы впрыскиваемого топлива позволяет оптимизировать процесс сгорания на всех эксплуатационных режимах работы двигателя.

Необходимое значение крутящего момента складывается из момента, требуемого для преодоления внутренних потерь, и момента, затребованного водителем (посредством педали акселератора). Каждому значению крутящего момента соответствует определенная доза впрыскиваемого в цилиндры топлива.

Блок управления двигателем ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот рассчитывает дозу впрыскиваемого топлива с учетом следующих факторов:

• положения педали акселератора,
• частоты вращения коленчатого вала двигателя,
• температуры охлаждающей жидкости,
• температуры топлива.

Рециркуляция отработавших газов

При рециркуляции отработавших газов (ОГ) их часть возвращается в цилиндры двигателя и повторно участвует в процессах сгорания.

Количество перепускаемых газов зависит в основном от частоты вращения коленчатого вала, цикловой дозы впрыскиваемого топлива, поступающей в цилиндры массы воздуха, температуры воздуха на впуске в цилиндры и от перепада давлений между выпускным коллектором и давлением во впускной трубе.

Количество перепускаемых газов у двигателя изменяется в соответствии с многопараметровой характеристикой, записанной в памяти блока управления двигателем.

При этом каждому режиму работы двигателя назначена определенная масса поступающего в его цилиндры воздуха. Если фактическая масса воздуха отклоняется от значений многопараметровой характеристики, производится соответствующее изменение интенсивности перепуска газов.

Свечи накаливания

Свечи накаливания облегчают пуск двигателя ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот при низких температурах окружающей среды. Свечи накаливания включаются блоком управления двигателем, при температурах охлаждающей жидкости ниже +30 °С.

Электрический ток питания к свечам накаливания подается через реле. Свечи накаливания включаются при включении электропитания, если температура охлаждающей жидкости, ниже +30 °С. При этом загорается контрольная лампа свечей накаливания на панели приборов. После завершения процесса прогрева эта лампа гаснет, и двигатель можно запускать.

Свечи накаливания работают после пуска двигателя в поддерживающем режиме. При этом они способствуют снижению шума двигателя, стабилизации частоты вращения холостого хода и снижению выброса углеводородов. Продолжительность включения свечей накаливания после пуска двигателя определяется ПО ЭБУ.

Управление топливоподачей в системе Common Rail

Главным преимуществом аккумуляторной системы впрыска топлива Common Rail является широкий диапазон изменений давления топлива и момента начала впрыскивания независимо от оборотов вала ТНВД Bosch ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот. Все это реализуется путем разделения процессов создания давления и обеспечения впрыскивания.

Эта система позволяет обеспечить более широкие, в отличие от вариантов с механическим управлением ТНВД, требования по впрыску топлива, а именно:

• повышенное давление впрыскивания (до 1450 бар);
• гибкое управление моментом начала впрыскивания;
• обеспечение предварительного и дополнительного впрыскивания;
• регулирование давления впрыскивания (от 300 до 1450 бар) в зависимости от условий эксплуатации автомобиля.

Применение системы Common Rail позволило повысить удельную мощность, снизить расход топлива, а также уменьшить уровень шума и эмиссии ОГ.

Схема системы управления топливоподачей

Рис. 109. Схема системы управления топливоподачей

• 1 – электромагнитная топливная форсунка;
• 2 – электронный блок управления двигателем (ЭБУ);
• 3 – топливозаборник в баке;
• 4 – фильтр тонкой очистки топлива (ФТОТ);
• 5 – топливный насос высокого давления (ТНВД);
• 6 – дозирующий клапан;
• 7 – датчик давления топлива в топливной рампе;
• 8 – топливный аккумулятор;
• 9 – струйный насос.

Система Common Rail примененная на дизеле ЗМЗ-51432 состоит из (рис. 109):

• контура низкого давления;
• контура высокого давления, включая ТНВД, топливный аккумулятор высокого давления, форсунки и топливопроводы высокого давления;
• системы электронного регулирования работы дизеля, датчиков и исполнительных механизмов.

Важнейшим элементом аккумуляторной системы впрыска, является топливная форсунка 1 с быстродействующим электромагнитным клапаном. Он открывает и закрывает распылитель, регулируя процессы впрыска топлива в каждом цилиндре. Все форсунки подсоединены к топливному аккумулятору высокого давления 8.

Действие аккумуляторной системы впрыска топлива основано на том, что процессы создания высокого давления и обеспечения впрыскивания разделены. Система электронного регулирования работы дизельного двигателя ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот раздельно управляет работой всех узлов.

Работающий ТНВД 5 с тремя плунжерами обеспечивает постоянную величину давления в топливном аккумуляторе 8, оптимальную для заданного режима работы двигателя (нагрузки) независимо от частоты вращения коленчатого вала и расхода топлива. Трех плунжерный ТНВД в данной системе за счет программного управления всегда работает в режиме, с минимально возможными пиковыми нагрузками в отличие от традиционных систем впрыска.

Привод ТНВД не требует синхронизации с частотой вращения коленчатого вала, что позволяет совместить его с приводом других агрегатов. Регулирование давления топливоподачи происходит с помощью дозирующего клапана 6 установленного на ТНВД. В аккумулятор подается топливо под давлением и в объеме, оптимальными для работы двигателя на заданном режиме (без их переизбытка), что обеспечивает высокие экологические и экономические показатели.

Впрыск топлива (рис. 109) — Топливо из аккумулятора 8 по топливопроводам высокого давления поступает к форсункам 1, которые впрыскивают его в камеры сгорания. Каждая форсунка состоит из распылителя и быстродействующего электромагнитного клапана, который управляет распылителем. Электромагнитные клапаны приводятся в действие сигналами от ЭБУ 2.

Количество впрыскиваемого топлива при постоянном давлении в топливном аккумуляторе пропорционально времени включения электромагнитного клапана и не зависит при этом от частоты вращения коленчатого вала двигателя ЗМЗ-51432 или частоты вращения вала ТНВД. ЭБУ 2 с помощью датчиков и положения педали газа и конкретные параметры эксплуатации автомобиля УАЗ-Патриот.

К ним относятся среди прочих:

• угол поворота распределительного вала;
• частота вращения коленчатого вала;
• давление в топливном аккумуляторе;
• температуры воздуха на впуске, топлива и охлаждающей жидкости;
• расход воздуха;
• скорость движения автомобиля.

ЭБУ ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот обрабатывает входящие сигналы и за короткое время генерирует сигналы управления для дозирующнго клапана ТНВД, электромагнитных клапанов топливных форсунок и других исполнительных механизмов, таких, как электромагнитный регулятор разрежения системы рециркуляции ОГ и электромеханического привода дроссельной заслонки.

Система «угол – время» сравнивает временной момент впрыскивания с показаниями датчиков положения коленчатого и распределительного валов во время работы двигателя.

Система электронного регулирования работы дизеля подразумевает строгую дозировку впрыскиваемого топлива.

Электрогидравлическая форсунка CRI2.14

Цикл работы форсунки можно разделить на четыре рабочих такта:

• форсунка закрыта (с подачей высокого давления);
• форсунка открывается (начало впрыскивания);
• форсунка полностью открыта;
• форсунка закрывается (конец впрыскивания).

Эти рабочие состояния определяются распределением сил в конструктивных элементах форсунки. При неработающем двигателе ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот и отсутствии давления в аккумуляторе пружина прижимает иглу распылителя к седлу, закрывая форсунку.

Форсунка закрыта (состояние покоя). В состоянии покоя напряжение на электромагнитный клапан не подается. Когда шарик 4 клапана прижимается пружиной к седлу (рис. 110а), дроссельное отверстие 8 закрыто. В камере управляющего клапана создается высокое давление.

То же давление создается в камере распылителя. Сила давления на торцевую поверхность поршня управляющего клапана и сила пружины распылителя держат иглу распылителя в закрытом состоянии, сопротивляясь усилию, которое развивает топливо, давящее на конус 6 иглы распылителя.

Форсунка открывается (начало впрыскивания)

Форсунка находится в состоянии покоя. В момент подачи на катушку электромагнита так называемого тока страгивания электромагнитный клапан быстро срабатывает (рис. 110б).

Малое время открывания форсунки может достигаться изменением соответствующих параметров в блоке управления форсунками. Усилие электромагнита преодолевает силу пружины, якорь сдвигается, и шарик клапана открывает дроссельное отверстие. Затем величина тока страгивания снижается до величины тока удержания, которая гораздо меньше. Через дроссельное отверстие топливо из камеры управляющего клапана перетекает в магистраль обратного слива.

Дроссельное отверстие 8 подачи топлива (рис.110а) предотвращает полное выравнивание давления, благодаря чему давление в камере управляющего клапана снижается до меньшей величины, чем давление в камере распылителя.

Пониженное давление в камере управляющего клапана и действие пружины, которая давит на поршень управляющего клапана, преодолеваются давлением в камере распылителя на конус иглы распылителя, за счет чего сдвигается поршень управляющего клапана вместе с иглой распылителя. Начинается впрыск топлива.

Скорость открытия распылителя определяется различием интенсивности потока топлива в дроссельных отверстиях 8 и 10. Поршень управляющего клапана достигает верхнего положения и опирается там, на топливную подушку, возникающую из-за потока топлива между отверстиями 8 и 10.

Теперь распылитель форсунки полностью открыт, и топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением, которое приблизительно соответствует давлению в аккумуляторе. В этот момент распределение сил в форсунке подобно распределению сил во время фазы открывания.

Схема системы управления топливоподачей

Рис. 110. Схема системы управления топливоподачей

• a – форсунка в состоянии покоя;
• б – форсунка открыта;
• в – форсунка закрыта,
• 1 – магистраль обратного слива топлива;
• 2 – катушка электромагнита;
• 3 – якорь электромагнита;
• 4 – шарик клапана;
• 5 – камера управляющего клапана;
• 6 – конус иглы распылителя;
• 7 – отверстия распылителя;
• 8 – дроссельное отверстие отвода топлива;
• 9 – магистраль высокого давления;
• 10 – дроссельное отверстие подачи топлива;
• 11 – поршень управляющего клапана.

Количество впрыснутого топлива пропорционально времени включения электромагнитного клапана и не зависит ни от частоты вращения коленчатого вала двигателя, ни от режима работы ТНВД (впрыскивание, управляемое по времени).

Форсунка закрывается (конец впрыскивания)

Когда электромагнитный клапан обесточивается, якорь силой пружины запирания клапана прижимается вниз и шарик клапана запирает дроссельное отверстие 8 (рис.110в).

При этом диск якоря сжимает возвратную пружину, которая демпфирует действие пружины запирания клапана с тем, чтобы избежать смятия седла при резкой посадке шарика клапана.

После перекрытия дроссельного отверстия отвода топлива давление в камере управляющего клапана вновь достигает той же величины, что и в аккумуляторе.

Это повышенное давление смещает вниз поршень управляющего клапана вместе с иглой распылителя. Когда игла плотно примыкает к седлу распылителя и запирает его отверстия, впрыскивание прекращается. Скорость открытия отверстий распылителя определяется интенсивностью потока, идущего через дроссельное отверстие подачи топлива.

Управление системой рециркуляции отработавших газов

Регулирование количества перепускаемого на рециркуляцию ОГ осуществляется с помощью пневматического клапана рециркуляции 7 при помощи модулятора 4 и дроссельной заслонки с электроприводом 2 по закону, записанному в программное обеспечение ЭБУ двигателя 3 (рис. 111).

Рис. 111. Управление системой рециркуляции двигателя ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот

• 1 – охладитель рециркулируемых газов;
• 2 – патрубок с электроуправляемой дроссельной заслонкой;
• 3 – электронный блок управления двигателем;
• 4 – электропневматический преобразователь давления (модулятор);
• 5 – вакуумный усилитель тормозов;
• 6 – выпускной коллектор;
• 7 – клапан рециркуляции;
• 8 – трубка рециркуляции;
• 9 – штуцер отбора вакуума вакуумного насоса;
• 10 – проставка системы рециркуляции.

В зависимости от температуры охлаждающей жидкости, определяемой датчиком температуры 11, ЭБУ корректирует количество рециркулируемых ОГ.

Управление системой облегчения пуска двигателя ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот

Система облегчения пуска двигателя особенно эффективна при отрицательных температурах. Система состоит из реле свечей накаливания, штифтовых свечей накаливания и индикаторной лампы.

Штифтовая свеча накаливания (серийный номер 0 250 202 045) — Штифт накаливания герметично запрессовывается в корпус 3 (рис. 112) штифтовой свечи накаливания.

Он состоит из термо- и коррозионностойкой трубки 4 накаливания, внутри которой в уплотненном наполнителе 6 из порошка оксида магния находится спиральная нить накаливания. Эта нить состоит из двух последовательно соединенных резисторов: размещенной на конце трубки накаливания нагревательной спирали 7 и регулирующей спирали 5.

В то время как нагревательная спираль имеет почти независимое от температуры сопротивление, регулирующая спираль обладает положительным температурным коэффициентом.

Свеча накаливания

Рис. 112. Свеча накаливания

• 1 – штекер подачи электрического напряжения;
• 2 – изолирующая шайба;
• 3 – корпус;
• 4 – трубка накаливания;
• 5 – регулирующая спираль;
• 6 – наполнитель;
• 7 – нагревательная спираль;
• 8 – уплотнение корпуса нагревателя;
• 9 – двойное уплотнение;
• 10 – круглая гайка.

Ее сопротивление у штифтовых свечей накаливания последнего поколения GSK2 повышается с возрастанием температуры еще быстрее, чем у штифтовых свечей накаливания S-RSK.

Новые штифтовые свечи накаливания отличаются ускоренным достижением необходимой для воспламенения температуры и более низкой тепловой инерцией. Температура для штифтовой свечи накаливания ограничивается, вместе с тем, некритическими значениями.

Следовательно, после подачи напряжения она может работать еще несколько минут. Это вторичное прокаливание вызывает улучшение процесса пуска и прогрева с отчетливо уменьшенными уровнями шума и эмиссии ОГ.

Блок управления работой дизеля (ЭБУ) ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот управляет штифтовыми свечами накаливания через реле. Управление системой предпускового подогрева осуществляется ЭБУ по сигналам датчика положения коленчатого вала двигателя, датчика температуры ОЖ.

Схема подключения свечей накаливания

Рис. 113. Схема подключения свечей накаливания

• 1 – штифтовая свеча накаливания;
• 2 – реле свечей накаливания;
• 3 – выключатель зажигания;
• 4 – подвод напряжения от аккумуляторной батареи;
• 5 – контрольная лампа;
• 6 – провод соединения с блоком управления работой дизеля;
• 7 – провод системы диагностики.

Алгоритм работы свечей накаливания

• 1 – ключ зажигания в положении I «зажигание»;
• 2 – ключ зажигания в положении II «стартер»;
• 3 – время включения контрольной лампы;
• 4 – время включения свечей накаливания;
• 5 – пуск дизеля;
• tV – время предварительного накаливания;
• tR – время принятия решения о пуске;
• tS – время работы свечей во время пуска;
• tN – время последующего накаливания после запуска двигателя;
• 0-I-II – положения переключателя замка зажигания (а/м УАЗ-Патриот).

При переводе ключом замка зажигания 3 положение I на ЭБУ поступает сигнал (кривая 1) и ЭБУ ЗМЗ-51432 включает индикатор 5 на панели приборов и подает напряжение на реле 2 (рис. 113).

Начинается фаза предпускового разогрева свечи накаливания. Длительность фазы tV = 5 сек при температуре ОЖ до +30 С. При этом свеча накаливания уже разогревается до + 850 С.

По истечению времени tV ЭБУ гасит индикатор 5 на панели приборов и отключает подачу напряжения на свечи накаливания. Далее водителем принимается решение о включении стартера для запуска двигателя tR, для чего ключем необходимо замок зажигания 3 необходимо перевести в положение II и ЭБУ вновь подаст напряжение на свечи накаливания.

В течение времени tS (во время включения стартера) свечи накаливания остаются под напряжением для облегчения запуска двигателя. В фазе пуска впрыснутые капли топлива испаряются и воспламеняются в сжатом, горячем воздухе. Освобождающаяся тепловая энергия инициирует процесс сгорания.

В случае запуска двигателя выключатель зажигания переводится в положение I. ЭБУ подает сигнал на реле 2 и отключает подачу напряжения на свечи накаливания и затем для снижения «голубого» дыма («голубой» дым – несгоревшие углеводороды), снижения уровня шума сгорания при работе холодного двигателя на фазе прогрева, ЭБУ снова подключает свечи накаливания на период времени tN, пока температура ОЖ не достигнет +35 С.

В случае если двигатель ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот не запустился, выключатель зажигания переводится в положение I или 0. ЭБУ подает сигнал на реле 2 и отключает подачу напряжения на свечи накаливания. Далее процедура запуска повторяется до тех пор, пока двигатель не запустится или возникшая неисправность препятствующая пуску не будет устранена.

На режиме прогрева двигателя ЭБУ увеличивает частоту вращения коленчатого вала двигателя до 1100 мин-1 и затем по мере прогрева и увеличения температуры ОЖ снижает ее до минимальной, равной 850 мин-1.

Дополнительные функции системы управления двигателем

Для защиты двигателя и топливной аппаратуры во время эксплуатации в ЭБУ заложены следующие дополнительные функции:

• защита двигателя от перегрева (снижение топливоподачи при достижении температуры ОЖ +105 С);
• защита топливной аппаратуры (снижение топливоподачи при повышении температуры топлива поступающего из топливного бака свыше +70 С).

Защита двигателя ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот от перегрева

Для защиты деталей двигателя от последствий связных с перегревом двигателя (задиры, коробления, и т.п.) при достижении температурой ОЖ на выходе из двигателя 105 С ЭБУ снижает цикловую подачу топлива, а при 115 С отключает подачу топлива.

При этом данное событие заносится в энергонезависимую память ЭБУ «черный ящик».

Бортовая диагностика EOBD

Предельный уровень эмиссии ОГ двигателей внутреннего сгорания постоянно снижается законодательным образом.

Для соответствия установленным нормам нужно постоянно контролировать работу дизеля и его систем, поэтому законодательно принято предписание, которое регламентирует проведение диагностики ряда агрегатов и систем, влияющих на уровень эмиссии ОГ.

На автомобилях УАЗ с дизелями ЗМЗ-51432 (рис. 111) бортовая диагностика EOBD осуществляется контролем работоспособности:

• модулятора 4;
• клапана рециркуляции 7;
• дроссельной заслонкой с электроприводом 2;
• пневмопривода клапана перепуска ОГ (WG) турбокомпрессора;
• электромагнитных топливных форсунок;
• дозатора топлива;
• датчиком давления топлива;
• датчиком массового расхода воздуха;
• датчиком положения коленчатого вала;
• датчиком положения распределительно вала;
• датчиком температуры охлаждающей жидкости.

Все датчики и исполнительные механизмы диагностируются ЭБУ ЗМЗ-51432 УАЗ-Патриот с помощью электрических сигналов.

Функционирование клапана рециркуляции 7 и пневмопривода клапана перепуска турбокомпрессора из-за отсутствия электрической связи с ЭБУ диагностируются косвенно по отклонению текущего расхода воздуха от установленного для данного режима, с помощью датчика массового расхода воздуха.

Отклонение характеристики самого датчика расхода воздуха на значительную величину (более 25%) также распознаётся системой управления.

Однако следует тщательно анализировать ошибки системы, связанные с измерением расхода воздуха, поскольку их источником могут быть как сам измеритель, так и компоненты которые он контролирует (клапан рециркуляции, трубки подвода разряжения). В случае распознавания неисправности после трех запусков двигателя подряд, ЭБУ зажигает индикатор на панели приборов автомобиля.

Диагностика системы электронного управления двигателем

Каждая система электронного управления снабжена собственной системой диагностики, с помощью которой возможна обширная проверка всей системы. В случае возникновения неисправности в работе узлов системы управления двигателем на панели приборов зажигаются соответствующие сигнализаторы (рис. 115).

Рис. 115. Расположение индикаторов неисправности узлов системы управления двигателем на панели приборов УАЗ-31638 Патриот, УАЗ-23638 Пикап, УАЗ-23608 Карго

Сигнализатор неисправности «OBD» элементов системы управления двигателем, влияющих на токсичность отработавших газов (оранжевый цвет). Загорается при включении зажигания и гаснет после пуска двигателя. Включение сигнализатора указывает на наличие неисправностей компонентов двигателя или системы выпуска, влияющих на уровень токсичности ОГ.

При включении сигнализатора, если это не сопровождается значительным ухудшением ездовых качеств, можно продолжать движение с небольшой скоростью до ближайшей сервисной станции для проведения диагностических работ и устранения возникшей неисправности. Продолжительная эксплуатация с включенным сигнализатором неисправности может привести к выходу из строя элементов системы управления двигателем.

Сигнализатор неисправности «EDC» системы управления двигателем (оранжевый цвет). Загорается для тестирования при включении зажигания на 2-3 сек и гаснет. Включение сигнализатора (постоянное горение лампы) указывает на наличие неисправностей в системе управления двигателем.

При постоянном горении лампы, если это не сопровождается значительным ухудшением ездовых качеств, можно продолжать движение. Продолжительная эксплуатация с включенным сигнализатором неисправности может привести к выходу из строя элементов системы управления двигателем.

Если электронная система управления двигателем могла проверяться раньше простыми измерительными приборами (например, мультиметром), то в связи с постоянным совершенствованием электронных систем управления двигателем сегодня необходимы комплексные тестеры. Однако в случае отсутствия возможности провести полноценную диагностику, существует возможность определить неисправность по световому коду.