Лекция 16 по МДК 1.1. Конструкция, техническое обслуживание и ремонт транспортного электрооборудования и автоматики

МИКАС - КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

На автомобилях ГАЗ-3102, -3110 "Волга" устанавливается бензиновый двигатель ЗМ3-4062.10. Он оборудован комплексной системой управления МИКАС 5.4 отечественного производства [12]. По принципу действия и устройству система МИКАС подобна системе "Motronic" немецкой фирмы BOSCH и так же, как и последняя, относится к электронным системам автоматического управле­ния автомобильным двигателем (ЭСАУ-Д) с объединением функций по впрыску и зажиганию.

Компонентный состав системы МИКАС

В состав системы входят: комплект датчиков (входная периферия), электронный блок управления (ЭБУ), набор исполнительных устройств (выходная периферия) и жгут проводов с соединителями (вы­полняет функции простейшего интерфейса)*. В сис­теме могут применяться комплектующие изделия как отечественного производства, так и фирмы BOSCH. Перечень типов изделий сведен в табл. 19.1.

А. Входная периферия

Как следует из табл. 19.1, в системе МИКАС при­меняются семь датчиков, которые в совокупности образуют входную периферию.

• Датчик температуры воздуха во впускном трубо­проводе (ДТВ) В64 и датчик температуры охлаждаю­щей жидкости (ДТД) В70 являются интегральными датчиками. Они представляют собой термочувстви­тельные полупроводниковые элементы на одном кри­сталле с периферийными электронными микросхема­ми. ДТВ установлен в канале впускной трубы 4-го ци­линдра, а ДТД — на корпусе термостата, слева. Вы­ходным сигналом в каждом из датчиков является па­дение напряжения на полупроводниковом элементе, которое зависит от измеряемой температуры. По этим сигналам ЭБУ корректирует характеристики топливоподачи и угла опережения зажигания. При возникновении неисправностей в датчиках или в их цепях в комбинации приборов загорается контроль­ная лампа.

• Датчик положения коленчатого вала (ДКВ) В74 индукционного типа. Предназначен для определения частоты вращения двигателя, а также для синхрониза­ции впрыска топлива форсунками и момента зажигания с рабочими процессами двигателя (ДВС). ДКВ ус­тановлен в передней части двигателя с правой стороны, напротив зубчатого диска синхронизации. Диск синхронизации закреплен на шкиве коленчатого вала и представляет собой зубчатое колесо с 58 зубьями, расположенными по его периферии с шагом 6°. Для синхронизации два зуба отсутствуют. Номер зуба на диске отсчитывается от места пропуска двух зубьев (от впадины) против часовой стрелки. При совмещении середины первого зуба диска синхронизации с осью датчика коленчатый вал двигателя находится в положении 120° (20 зубьев) до верхней мертвой точки 1-го и 4-го цилиндров. При вращении коленчатого вала (следовательно, диска синхронизации) в обмотке датчика наводятся импульсы напряжения переменного тока. По количеству и частоте следования этих импульсов в ЭБУ определяется положение и частота вращения коленвала, по которым рассчитывается момент срабатывания форсунок и катушек зажигания.

В случае выхода из строя ДКВ или его электричес­кой цепи двигатель перестает работать и ЭБУ заносит в свою память код неисправности, а также включает лампу диагностики, сигнализируя о неисправности.

• Датчик массового расхода воздуха (ДММ) В75 термоанемометрического типа (массметр). Установлен во впускном тракте после воздушного фильтра и служит для определения количества массы воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Чувствительным элементом датчика является платиновая нить (ПН), которая во время работы двигателя разогрева­ется до температуры 150°С. Воздух, всасываемый в цилиндры двигателя, охлаждает нить, а электронная схема датчика поддерживает температуру нити по­стоянной (150°С). На поддержание температуры платиновой нити на прежнем уровне затрачивается оп­ределенная электрическая мощность, которая явля­ется параметром для определения массового расхо­да воздуха. В состав ДММ включен термокомпенсационный резистор, с помощью которого учитывается влияние температуры проходящего воздуха на сте­пень охлаждения платиновой нити. Выходной сигнал ДММ представляет собой напряжение постоянного тока, величина которого зависит от количества воз­духа, проходящего через датчик. На режиме холостого хода двигателя массовый расход воздуха должен быть в пределах 13...15 кг/ч. Сигналы датчика по­ступают в ЭБУ, где используются для определения длительности впрыска топлива форсунками.

Для очистки платиновой нити датчика от загрязне­ний периодически (после каждой остановки ДВС) на нее кратковременно подается повышенное напряжение, вызывающее нагрев до 1000°С. При этом все отложения на нити сгорают.

В электронной схеме датчика предусмотрен по­тенциометр, с помощью которого можно провести регулировку (винтом) содержания окиси углерода (СО) в отработавших газах в режиме работы двига­теля на холостом ходу.

При выходе из строя датчика или его электричес­ких цепей система управления переходит на резерв­ный режим работы. В этом случае ЭБУ заменяет сиг­нал ДММ сигналом от схемы электронного резерви­рования (СЭР), значение которого рассчитывается по частоте вращения коленчатого вала и сигналу дат­чика положения дроссельной заслонки. При этом за­трудняется пуск двигателя, ухудшается его приемис­тость, повышается расход топлива и токсичность от­работавших газов. О возникшей неисправности ДРВ ЭБУ через определенное время заносит в свое запо­минающее устройство (ЗУ) код неисправности и включает на комбинации приборов контрольную лам­пу диагностики.

• Датчик положения дроссельной заслонки (ДПД) В76 потенциометрического типа, подвижная часть которого соединена с осью дроссельной заслонки. Выходным сигналом ДПД является падение напряже­ния на переменном резисторе датчика, которое из­меняется в зависимости от угла поворота дроссель­ной заслонки. По сигналу датчика о положении дрос­сельной заслонки в ЭБУ корректируются длитель­ность электрического импульса, подаваемого на форсунки, и значение угла опережения зажигания. Полностью закрытому положению дроссельной за­слонки соответствует выходное напряжение датчика не ниже 1,25 В, а полностью открытому — не более 4,8 В. ДПД в системе управления выполняет также функцию идентификации отдельных режимов работы двигателя (холостой ход, частичная или полная на­грузка, разгон автомобиля).

При выходе из строя ДПД или его электрических цепей система управления работает по резервной программе, заложенной в памяти ЭБУ, используя данные ДРВ. При этом в комбинации приборов заго­рается контрольная лампа диагностики.

• Датчик положения распределительного вала (фазы) (ДРВ) В91 предназначен для определения мо­мента нахождения поршня 1-го цилиндра в верхней мертвой точке при такте сжатия. Он выполняет функ­ции датчика начала отсчета и установлен в задней части головки блока цилиндров с левой стороны. Принцип работы ДРВ основан на эффекте Холла. При прохождении мимо торца ДРВ металлической пласти­ны (отметчика датчика), закрепленной на распреде­лительном валу выпускных клапанов, формируется электроимпульсный сигнал, который после усиления подается в ЭБУ. ЭБУ обрабатывает этот сигнал и вы­дает команду на впрыск топлива форсункой 1-го ци­линдра. Дальнейшая подача импульсов на форсунки осуществляется в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя 1-3-4-2.

Если ДРВ или его электрические цепи неисправ­ны, то ЭБУ переходит на резервный режим работы.

При этом впрыск топлива осуществляется одновре­менно во все цилиндры двигателя, что существенно повышает расход бензина. О наличии неисправности датчика сигнализирует контрольная лампа в комби­нации приборов.

• Датчик детонации (ДД) В92 пьезоэлектрическо­го типа установлен на блоке цилиндров двигателя с правой стороны. Чувствительным элементом ДД яв­ляется кварцевый пьезоэлемент, который при рабо­те двигателя воспринимает возникающую вибрацию через инерционную массу (шайбу) датчика. В резуль­тате на его обкладках за счет пьезоэффекта появля­ется электрический сигнал в виде переменного на­пряжения. При детонационном сгорании топливовоз-душной смеси в блоке цилиндров двигателя возника­ют звуковые колебания, что вызывает увеличение амплитуды напряжения электрического сигнала дат­чика. По этому сигналу ЭБУ корректирует угол опере­жения зажигания до прекращения детонации. В слу­чае выхода из строя датчика или наличия неисправ­ности в его электрических цепях изменение угла опе­режения зажигания оптимизируется.

Б. Электронный блок управления

Электронный блок управления (ЭБУ) D23 является центральным звеном всей системы. Он получает ана­логовую информацию от датчиков, обрабатывает ее с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и по заложенной в ЗУ программе реализует уп­равление исполнительными устройствами.

Связь ЭБУ с электрической схемой системы осу­ществляется посредством 55-контактного штекерно­го разъема (соединителя). Назначение выводных кон­тактов в штекерном разъеме ЭБУ дано в табл. 19.2.

ЭБУ имеет три типа памяти: постоянное запоми­нающее устройство (ПЗУ или ROM), оперативное за­поминающее устройство (ОЗУ или RAM) и электриче­ски перезаписываемое энергонезависимое запоми­нающее устройство (ЭПЗУ или EEPROM).

ПЗУ — энергонезависимая память, в которой "за­шита" общая программа управления (алгоритмы) и исходная (базовая) информация. Эта информация представляет собой данные по продолжительности впрыска топлива форсунками, времени наполнения энергии в катушках зажигания и углу опережения за­жигания при определенных режимах работы ДВС. Содержимое ПЗУ не может быть измененопосле программирования. Эта память не нуждается в элек­тропитании для сохранения в ней информации, т.е. не стирается при отключении аккумуляторной бата­реи (АКБ) от бортсети автомобиля.

ОЗУ — энергозависимая память, которая исполь­зуется для временного хранения измеренных пара­метров, результатов расчетов и кодов неисправнос­тей. Микропроцессор ЭБУ может по мере необходи­мости вносить в ОЗУ данные или считывать их. При прекращении подачи питания на ЭБУ содержащиеся в ОЗУ расчетные данные (в том числе и диагностиче­ские коды) стираются.

ЭПЗУ — память, в которую на заводе-изготовите­ле или станции технического обслуживания записы­вается информация паспортного характера, а также информация о параметрах начальной настройки сис­темы. Эта память не требует питания для хранения в ней информации.

В. Выходная периферия

В выходную периферию системы МИКАС входят пять исполнительных устройств.

1. Электробензонасос М6 роликового типа с при­водом от электродвигателя постоянного тока пред­назначен для подачи бензина к форсункам под дав­лением. Бензонасос и его приводной электродвига­тель размещаются в одном герметичном корпусе. Прокачиваемый насосом бензин обеспечивает ох­лаждение электродвигателя и смазку трущихся по­верхностей. В насосе имеются два клапана. Предо­хранительный клапан защищает топливную систему от чрезмерного повышения давления (свыше 4 бар), а обратный клапан препятствует сливу топлива из бензомагистрали в бак после остановки насоса, что предотвращает образование паровых и воздушных пробок. Электробензонасос подключен к бортовой сети автомобиля через электромагнитное реле. Если в течение 3...5 с после включения зажигания про­кручивание коленчатого вала двигателя не начинает­ся, ЭБУ отключает реле электробензонасоса. Даль­нейшее включение бензонасоса произойдет при пус­ке двигателя стартером. Электрическая цепь элект­робензонасоса защищена плавким предохранителем №9 на 15 А (голубого цвета) в правом блоке. Произ­водительность насоса составляет 130 л/ ч, потребля­емый ток 6,5 А.

2. Топливные форсунки Y19-Y22 представляют со­бой электромагнитные устройства и служат для впры­ска под давлением рассчитанного в ЭБУ количества топлива на впускные клапаны двигателя. Количество топлива, впрыскиваемого форсункой, зависит от дли­тельности электрического импульса, подаваемого в обмотку электромагнитного клапана форсунки от ЭБУ. В двигателе ЗМЗ-4062.10 форсунки реализуют фазированный (согласованный) способ впрыскива­ния топлива, когда подача топлива в зону впускных клапанов каждого_{ цилиндра осуществляется в опре­деленной фазе рабочего цикла. Каждая форсунка включается один раз за оборот коленчатого вала или два раза за полный рабочий цикл двигателя.

3. Катушки зажигания Tl, Т4 — двухвыводные, с замкнутым магнитопроводом, "сухие", реализуют статический (низковольтный) способ распределения импульсов высокого напряжения по свечам в цилин­драх двигателя.

4. Свечи зажигания FV1…. FV4 типа А14ДВР имеют встроенный помехоподавительный резистор сопротивлением 4….10 кОм.

5. Регулятор дополнительного воздуха (РДВ) Y123 поддерживает неизменной заданную частоту вращения в режиме холостого хода двигателя при его пуске, прогреве, движении накатом и изменении на­грузки, вызванной включением вспомогательного оборудования. Регулятор установлен на ресивере впускного трубопровода и представляет собой золот­никовый клапан, который регулирует подачу воздуха во впускную систему минуя дроссельную заслонку. Основным элементом регулятора является двухобмо-точный электродвигатель с неподвижным якорем и вращающимся постоянным магнитом. ЭБУ подает на обмотки неподвижного якоря электрические сигналы частотой 100 Гц. Электрический ток, проходя по об­моткам, возбуждает магнитное поле, которое взаи­модействует с потоком постоянного магнита. В ре­зультате постоянный магнит занимает определенное угловое положение, а вместе с ним и заслонка, кото­рая изменяет проходное сечение регулятора. При выходе из строя РДВ или его электрических цепей ча­стота вращения холостого хода двигателя становит­ся нестабильной и в комбинации приборов загорает­ся контрольная лампа диагностики.

Г. Функциональные связи компонентов

На рис. 19.1 показана функциональная схема си­стемы МИКАС, из которой видно, что в ЭБУ-Д23 по­ступает следующая информация:

• о положении поршня 1-го цилиндра в ВМТ (датчик ДРВ-В91);

• о положении и частоте вращения коленчатого вала (датчик ДКВ-В74);

• о массовом расходе воздуха двигателем (дат­чик ММ-В75);

• о температуре охлаждающей жидкости (дат­чик ДТД-В70);

• о температуре воздуха во впускной системе (датчик ДТВ-В64);

• об угле поворота дроссельной заслонки (дат­чик ДПД-В76);

• о наличии детонации в двигателе (датчик ДДТ-92);

• о напряжении в бортовой сети автомобиля по изменению Uc (ПР — FU-10).

На основе полученной от входных датчиков ин­формации и в соответствии с заложенной в ЗУ про­граммой ЭБУ управляет следующими подсистемами и устройствами:

— подсистемой топливоподачи (электробензона­сосом ЭБН-М6 через реле бензонасоса РБН-К9);

— электромагнитными форсунками (Y19-Y22);

• свечами зажигания FV1-FV4 (через катушки за­жигания Т1 и Т4);

• подсистемой стабилизации оборотов на холо­стом ходу (регулятором дополнительного воздуха РДВ-У23);

• подсистемой диагностики (выходная диагности­ческая колодка ДК-Х51);

подсистемой электронного резервирования

(СЭР).

Принцип действия системы МИКАС

На рис. 19.2 представлена полная электрическая схема системы МИКАС 5.4, которая соответствует приведенной на рис. 19.1 функциональной схеме и работает следующим образом.

Рис. 19.1. Функциональная схема системы МИКАС:

АЦП — аналого-цифровой преобразователь; МКП — микро­процессор; ЗУ — запоминающее устройство; СЭР — схема электронного резервирования; СД — схема диагностики; ЭСЗ — электронные схемы системы зажигания; АКБ — ак­кумуляторная батарея; ГУ — генераторная установка; БС — бортсеть; ПР — предохранитель; ВКЗ — выключатель ключа зажигания; ПН — платиновая нить; остальные обозначения указаны в тексте и соответствуют табл. 19.1.

Рис. 3. Развернутая электрическая схема системы управления двигателем ЗМЗ-4062.10:

В64 - датчик температуры воздуха во впускном трубопроводе; В70 - датчик температуры охлаждающей жидкости; В74 - датчик полож ния коленчатого вала (частоты вращения и синхронизации); В75 - датчик массового расхода воздуха; В76 - датчик положения дросо ной заслонки; В91 - датчик положения распределительного вала (фазы); В92 - датчик детонации; D23 - электронный блок управлен F42 - блок предохранителей правый; FU9 - предохранитель №9 (15А); FU10 - предохранитель №10 (10А); FV1...FV4 - свечи зажигания; Н91 - контрольная лампа диагностики; К9 - реле электробензонасоса; К46 - разгрузочное реле системы управления двигателем (глав­ке); Мб - электробензонасос; Р2 - комбинация приборов; И, Т4 - катушки зажигания; Y19...Y22 - электромагнитные форсунки; зегулятор дополнительного воздуха; XI - разъем блока управления; Х2 - разъем подключения системы управления двигателем к =ти автомобиля; Х4 - разъем 3-х штырьковый; Х5 - разъем 2-х штырьковый; Хб - разъем датчика расхода воздуха; Х51 - колодка сстики; ХРЧ - разъем комбинации приборов; А, Б - точки соединения с корпусом ("массой"); 38, 311, 348 - экраны проводов.

При включении зажигания срабатывает разгру­зочное Х-реле системы управления двигателем (глав­ное реле К46). В комбинации приборов Р2 загорает­ся на время 0,6 с и затем гаснет контрольная лампа диагностики Н91, что свидетельствует об исправнос­ти и готовности системы к работе. ЭБУ D23 дает ко­манду на включение электробензонасоса Мб через реле К9. Насос создает рабочее давление бензина в топливном коллекторе для форсунок Y19...Y22. Если прокрутка коленчатого вала двигателя стартером не начинается, то через З...5с электробензонасос от­ключается. При прокручивании и запуске двигателя стартером ЭБУ получает сигналы от датчика положе­ния коленвала (ДКВ) В74, преобразует их в команд­ные импульсы для подачи топлива через все форсун­ки и определяет последовательность работы катушек зажигания Т1 и Т4. На рабочих режимах двигателя для определения оптимального количества топлива, подаваемого форсунками, и угла опережения зажи­гания ЭБУ использует сигналы всех датчиков и базо­вую калибровочную информацию, хранящуюся в ПЗУ. Включение токовых цепей исполнительных уст­ройств (катушек зажигания, форсунок, контрольной лампы диагностики, РДВ, реле К9 и К46) реализует­ся путем подключения их к "массе" через выходные (силовые) транзисторы в ЭБУ (см. рис. 19.1 и 19.2).

Система управления МИКАС 5.4 наделена функци­ей самонастройки. Так, в процессе эксплуатации ав­томобиля ЭБУ системы способен компенсировать не­большие отклонения рабочих параметров двигателя, которые вызываются изменением атмосферных ус­ловий, низким качеством топлива, выгоранием элек­тродов свечей, а также износом запорных клапанов форсунок, деталей газораспределительного механиз­ма, цилиндро-поршневой группы.