Датчики и исполнительные механизмы двигателя - диагностика
- Датчики и исполнительные механизмы двигателя - диагностика
- Screenshot_1.jpg (150.8 КБ) 251 просмотр
Входные и выходные сигналы
| Определение количества подаваемого воздуха: MAF (ДМРВ) / MAP (датчик абсолютного давления) / Температура воздуха на впуске | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Форсунки / блок управления форсунками |
| Выключатель стоп - сигналов / Датчик выключения сцепления | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Катушки зажигания |
| Датчик атмосферного давления | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Клемма G |
| Передний / задний кислородный датчик | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Привод регулировки холостого хода |
| Датчик электричкой нагрузки / клемма FR | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Главное реле |
| Реле давления в гидроусилителе рулевого управления / датчик давления | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Реле топливного насоса |
| Датчик температуры охлаждающей жидкости | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Реле электровентиляторов системы охлаждения двигателем |
| Датчик положения дроссельной заслонки / датчик положения педали акселератора | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Контрольная лампа двигателя |
| Датчик положения коленчатого вала / датчик положения распределительного вала | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Клапан регулирования подачи масла |
| Сигнал включения зажигания / сигнал прокручивания коленчатого вала стартером / напряжение аккумуляторной батареи | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Реле компрессора кондиционера |
| Датчик детонации / сигнал о неисправности в зажигании / датчик ионного тока | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Электронный клапан EGR |
| Датчик температуры моторного масла | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Дроссельная заслонка с электроприводом |
| Датчик скорости автомобиля / скорости вращения колеса / разгона | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Цепь нагревательного элемента кислородного датчика |
| Датчик положения паркинга / нейтрали | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Электромагнитный клапан системы пуска воздуха с измененной геометрией |
| Выключатель кондиционера / реле давления тройного действия / преобразователь давления | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Контрольная лампа иммобилайзера |
| Передача данных через шину / запрос на снижение крутящего момента | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Система передачи данных через шину |
| Иммобилайзер | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Выходные сигналы диагностики |
| Запрос данных диагностики | ⇒ | ЭБУ | ⇒ | Электромагнитный клапан продувки |
Как уже говорилось, основой системы управления двигателем является блок управления. Он обрабатывает входные сигналы и в соответствии с этим управляет работой исполни-тельных механизмов. Сначала рассмотрим назначение сигналов в отдельности. По сигналу датчика массового расхода воздуха MAF/абсолютного давления в коллекторе MAP определяется количество всасываемого воздуха. Датчик барометрического давления измеряет давление воздуха, на основе этих показаний определяется плотность воздуха. Передний и задний кислородные датчики определяют содержание кислорода, что необходимо для проверки работоспособности каталитического нейтрализатора. Положение педалей тормоза и сцепления также определяется выключателем стоп-сигналов и датчиком выключения сцепления соответственно. Датчик электрической нагрузки и клемма FR следят за электрической нагрузкой, что необходимо для поддержания стабильной работы двигателя на холостом ходу. Соответствующий датчик отслеживает давление в гидроусилителе рулевого управления. Это также необходимо для поддержания стабильной работы двигателя на холостом ходу. Сигналы датчика температуры охлаждающей жидкости необходимы для регулировки угла опережения зажигания и количества впрыскиваемого топлива. Датчик положения педали акселератора определяет степень нажатия педали акселератора. Сигнал этого датчика используется для развития мощности двигателя, соответствующей пожеланиям водителя. Датчик положения коленчатого вала определяет положение и частоту вращения коленчатого вала. Это один из основных сигналов, позволяющих определить количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска. По сигналу датчика включения зажигания подается питание на систему распределенного впрыска топлива, а сам датчик определяет прокручивание коленчатого вала стартером, что необходимо для предварительного впрыска топлива. Сигнал напряжения аккумуляторной батареи определяет напряжение в бортовой сети и служит для компенсации задержки срабатывания исполнительных механизмов, например форсунок, вызванной низким напряжением. Соответствующий датчик определяет детонацию в двигателе. По его сигналу оптимизируется угол опережения зажигания. Датчик неисправности в зажигании определяет неполадки в системе зажигания.
За качеством процесса сгорания следит датчик ионного тока. По его сигналу оптимизируются параметры работы каждого цилиндра в отдельности. В двигателе существует также датчик температуры моторного масла. Его сигнал используется для компенсации изменений густоты моторного масла, что необходимо для правильного управления системой CVVT. Датчик скорости движения автомобиля обеспечивает работоспособность функций, работающих в зависимости от скорости автомобиля, например функция демпфера. Сигнал скорости вращения колеса служит той же самой цели, а также для определения движения по плохому дорожному покрытию. Датчик разгона определяет вертикальное ускорение шасси. Этот сигнал используется для определения движения по плохому покрытию. Датчик положения рычага переключения режимов и выключатель нейтрали используются для определения нейтрального состояния коробки передач. Без этого сигнала прокручивание коленчатого вала стартером невозможно. При включении передачи по сигналу этого датчика производится регулировка оборотов холостого хода. Выключатель кондиционера / реле давления тройного действия / преобразователь давления используются для определения включения компрессора кондиционера. По их сигналам осуществляется регулировка оборотов холостого хода. Связь между системами осуществляется через шину. По ней передается сигнал на снижение крутящего момента, например от антипробуксовочной системы (TCS). Без сигнала иммобилайзера двигатель не запускается. Запрос данных диагностики посылается диагностическим прибором. Более подробное описание входных сигналов приведено далее, в разделе «Датчики и исполни-тельные механизмы».
Датчик положения коленчатого / распределительного вала
- Датчик положения коленчатого / распределительного вала
- Screenshot_2.jpg (210.91 КБ) 242 просмотра
Как мы уже выяснили, датчик положения коленчатого вала определяет частоту вращения коленчатого вала двигателя и положение поршней в цилиндрах, а датчик положения распределительного вала — положение поршня цилиндра № 1 в ВМТ. В некоторых двигателях датчик положения коленчатого вала, а возможно и датчик положения распределительного вала, могут находиться в распределителе. Это возможно благодаря тому, что распределитель механически соединен с коленчатым и распределительным валами. Существует несколько способов определения положения вала (см. рисунок). В некоторых датчиках используется световая защита, в других — индуктивные элементы или элементы Холла. В зависимости от типа датчика выходной сигнал может быть аналоговым или цифровым (см. рисунок). По сигналам датчика ЭБУ двигателя рассчитывает частоту вращения коленчатого вала двигателя, нагрузку двигателя по сигналам от датчиков MAF и MAP. В зависимости от конструкции системы и датчика последовательность впрыска и зажигания также может определяться только датчиком положения коленчатого вала. Для этого используется колесо с одной более длинной прорезью, в результате чего получаются разные сигналы. Благодаря этому определяется, что цилиндр находится в ВМТ, и рассчитывается последовательность зажигания и впрыска.
- Датчик положения коленчатого / распределительного вала
- Screenshot_3.jpg (258.5 КБ) 242 просмотра
Для повышения точности на последних моделях двигателей используются датчики, определяющие положение коленчатого и распределительного валов непосредственно. Положения двух валов могут определяться одним датчиком, однако в большинстве двигателей используется отдельный датчик положения распределительного вала для определения положения ВМТ поршней цилиндров № 1 и № 4. В двигателях с системой изменения фаз газораспределения CVVT датчик положения распределительного вала применяется для более точной установки распределительного вала в требуемое положение. При неисправности датчика положения распределительного вала, в зависимости от используемой в двигателе системы управления, двигатель может как запуститься, так и не запуститься. Выход датчика из строя во время работы двигателя не приводит к остановке двигателя, так как в этом случае положение рассчитывается по положению коленчатого вала после того, как определено положение поршня цилиндра № 1 в ВМТ. В этом случае система управления детонацией перестает функционировать. Если не работает датчик положения коленчатого вала, запуск и работа двигателя невозможны. На рисунке показана форма сигнала аналогового датчика.
Датчик положения дроссельной заслонки
- Датчик положения дроссельной заслонки
- Screenshot_4.jpg (216.85 КБ) 241 просмотр
Датчик положения дроссельной заслонки определяет угол открытия дроссельной заслонки. В принципе, он представляет собой потенциометр, соединенный с валом дроссельной заслонки. В зависимости от положения заслонки напряжение датчика изменяется. В зависимости от системы управления датчик положения дроссельной заслонки может иметь две цепи, в результате чего датчик генерирует два независимых сигнала ТPS1 и TPS2. Кроме того, существует датчик положения дроссельной заслонки с контактами холостого хода. Если такие контакты имеются, то закрытие заслонки определяется датчиком холостого хода, если нет — по выходному напряжению 0,6 0,9 В. По такому напряжению от датчика ЭБУ двигателя определяет, что дроссельная заслонка закрыта. Датчик дроссельной заслонки без контактов холостого хода требует регулировки для определения, закрыта заслонка или открыта, так как напряжение может изменяться вследствие механического износа и т. д. В пределах рабочего диапазона датчики обоих типов генерируют линейное выходное напряжение. По сигналу этого датчика определяется, работает ли двигатель на холостом ходу, с частичной нагрузкой или с полностью открытой дроссельной заслонкой. Кроме того, по данным датчика производится коррекция состава топливовоздушной смеси и прекращение подачи топлива. В некоторых двигателях при полностью открытой дроссельной заслонке отключается кондиционер и регулирование системы снижения токсичности отработавших газов по замкнутому циклу. При неверном сигнале датчика положения дроссельной заслонки наблюдаются следующие признаки неисправности: неправильная частота вращения коленчатого вала двигателя, вялый разгон, повышенный расход топлива, повышенная токсичность отработавших газов (углерод и углеводород). В текущих данных некоторых систем управления двигателем может присутствовать значение угла открытия дроссельной заслонки, даже если датчик отключен. В этом случае значение рассчитывается по сигналам датчика массового расхода воздуха MAF или датчика абсолютного давления в коллекторе MAP.
Изображенный на рисунке резистор обладает большим сопротивлением. Он используется для самодиагностики и подачи напряжения в аварийном режиме работы при разомкнутой цепи. В нормальном режиме работы резистор не работает.
Датчик положения педали акселератора
- Датчик положения педали акселератора
- Screenshot_5.jpg (77.56 КБ) 240 просмотров
В автомобилях с дроссельной заслонкой с электроприводом отсутствует механическая связь между педалью акселератора и дроссельной заслонкой. В этом случае в ЭБУ двигателя поступают данные о положении педали акселератора, или, другими словами, намерении водителя, а ЭБУ, в свою очередь, приводит в действие электропривод дроссельной заслонки. Данные поступают от датчика положения педали акселератора. Он, как и датчик положения дроссельной заслонки, представляет собой потенциометр. В датчике имеются две независимые цепи. В целях безопасности каждая из них служит резервной для другой.
Примечание: сигнал может быть недиаметральным, однако напряжения обеих цепей подаются в одном направлении. Правильные значение и форма сигнала приведены в Руководстве по ремонту.
Датчик массового расхода воздуха / датчик атмосферного давления
- Датчик массового расхода воздуха / датчик атмосферного давления
- Screenshot_6.jpg (252.22 КБ) 239 просмотров
Датчик массового расхода воздуха
Объемный расходомер (VAF) измеряет объем впускного воздуха. Действие датчика основано на вихревых потоках Кармана. Если на пути воздушного потока поместить треугольную стойку, по обеим сторонам стойки образуются вихревые потоки. Количество вихревых потоков пропорционально объему воздуха, проходящему в единицу времени. Чем сильнее поток, тем больше образуется вихрей. Количество вихревых потоков и, следовательно, объем воздуха измеряется объемным расходомером воздуха. Он состоит из следующий узлов и деталей.
Выпрямитель: выпрямляет поток воздуха, проходящий через воздушный фильтр.
Передатчик: передает ультразвуковые волны.
Приемник: принимает ультразвуковые волны.
Усилитель: усиливает сигнал.
Модулятор: преобразует ультразвуковые волны в электрические импульсы.
Ультразвуковые волны из передатчика поступают в приемник. При отсутствии воздушного потока вихри не образуются, следовательно, ультразвуковым волнам потребуется определенный промежуток времени («T»), чтобы достигнуть приемника после того, как вихри начнут образовываться. Если вихревой поток, проходящий между передатчиком и приемником, закручивается по часовой стрелке, направление передачи ультразвуковых волн совпадает с ведущей половиной потока, следовательно, время прохождения волн меньше эталонного значения («Т»). Однако при закручивании потока против часовой стрелки это время увеличивается.
Поскольку оба типа потоков чередуются, чередуется и время прохождения ультразвуковых волн. По количеству чередований за определенный промежуток времени рассчитывается количество проходящего воздуха. После того как приемник принимает сигнал, он преобразуется модулятором в формат, воспринимаемый ЭБУ двигателя.
Датчик атмосферного давления
Значения объема воздуха недостаточно для точного определения массы воздуха, поэтому для определения плотности воздуха используется датчик атмосферного давления. Атмосферное давление зависит от погоды и высоты над уровнем моря. Плотность воздуха и, следовательно, давление уменьшаются с увеличением высоты над уровнем моря. Кроме того, давление воздуха зависит от погоды. Принцип работы датчика атмосферного давле-ния аналогичен принципу работы датчика абсолютного давления во впускном коллекторе, кроме того, что он измеряет атмосферное давление. Зачастую он расположен в ЭБУ двигателя. Если такой датчик выходит из строя, необходимо менять ЭБУ двигателя в сборе.
С учетом этих двух показателей можно очень точно определить количество воздуха. Датчик атмосферного давления используется не только в сочетании с ультразвуковым датчиком с вихревыми потоками Кармана. Он также применяется во многих других системах для измерения атмосферного давления (плотности воздуха), что необходимо для коррекции состава топливовоздушной смеси.
Датчик массового расхода воздуха, основанный на принципе измерения давления воздуха
- Датчик массового расхода воздуха, основанный на принципе измерения давления воздуха
- Screenshot_7.jpg (140.01 КБ) 238 просмотров
В основе представленного расходомера воздуха лежит принцип образования вихревых потоков Кармана вокруг треугольной стойки. Различие с предыдущими датчиками кроется в способе определения количества чередующихся потоков. Количество определяется не по времени прохождения ультразвуковых волн, а с помощью датчика давления, который измеряет колебания давления, вызванные этими потоками. Чем больше частота колебаний, тем больше воздуха проходит через датчик.
Датчики массового расхода воздуха проволочного / пленочного типа
- Датчики массового расхода воздуха проволочного / пленочного типа
- Screenshot_8.jpg (137.39 КБ) 237 просмотров
Для более точного измерения массового расхода воздуха были разработаны массовые расходомеры. Основной деталью такого расходомера является нагреваемая проволока или — в более поздних разработках — нагреваемая пленка. Электронная цепь управления поддерживает постоянную температуру проволоки. При увеличении потока воздуха проволока остывает быстрее. Это компенсируется подачей через нее тока большей силы. Сила тока измеряется, а в ЭБУ двигателя посылается пропорциональный сигнал. В расходомере с нагреваемой пленкой используется тот же самый принцип работы, однако он обладает некоторыми преимуществами: повышенное быстродействие, упрощенная конструкция перепускных каналов благодаря уменьшенной длине проволоки, лучшее соединение с корпусом дроссельной заслонки, меньшая себестоимость, меньшее образование загрязнения на поверхности датчика. В зависимости от применения в него может быть встроен датчик температуры воздуха на впуске. Этот датчик определяет температуру окружающего воздуха при запуске холодного двигателя и температуру воздуха на впуске по мере того, как двигатель прогревает впускаемый воздух, так как давление и плотность воздуха изменяются с изменением температуры. По сигналам датчика ЭБУ двигателя рассчитывает: продолжительность впрыска топлива и угол опережения зажигания.
В проходном канале массового расходомера воздуха не должно быть загрязнений. Если же канал загрязнен или массовый расходомер воздуха генерирует неверные выходные сигналы, могут появиться следующие признаки неисправности: двигатель запускается, неравномерно работает или глохнет на холостом ходу. В этом случае код неисправности может не запомниться. Если неисправен датчик температуры воздуха на впуске или он генерирует неверные сигналы, могут появиться следующие признаки неисправности: вялый разгон, детонация вследствие возможного отсутствия коррекции угла опережения зажигания, повышенный расход топлива.
Примечание: чтобы определить, запускается холодный или прогретый двигатель, можно сравнить данные датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика температуры воздуха на впуске. Если разница находится в пределах 8°C, то запускается холодный двигатель.
Датчик абсолютного давления в коллекторе / атмосферного давления
- Датчик абсолютного давления в коллекторе / атмосферного давления
- Screenshot_9.jpg (225.84 КБ) 236 просмотров
Массовый расход воздуха можно измерить с помощью датчика абсолютного давления в коллекторе MAP. Датчик давления в коллекторе определяет изменения давления во впускном коллекторе, вызванные изменениями режима работы двигателя, например при изменении частоты вращения коленчатого вала и угла открытия дроссельной заслонки. Датчик включает в себя пьезорезистивную кремниевую микросхему и интегральную микросхему (ИС). С одной стороны на микросхему действует разрежение, с другой — давление в коллекторе. В результате этого микросхема искривляется, а ее сопротивление изменяется. Степень искривления зависит только от давления в коллекторе, так как давление в вакуумной камере остается постоянным. По изменению сопротивления рассчитывается давление во впускном коллекторе, что позволяет рассчитать массовый расход воздуха. Датчик MAP может быть установлен в ресивере или во впускном воздуховоде.
Датчик атмосферного давления
Плотность воздуха непостоянна, поэтому в дополнение к абсолютному давлению в коллек-торе необходимо измерять атмосферное давление. В противном случае невозможно точно измерить массовый расход воздуха. Для измерения плотности окружающего воздуха используется датчик атмосферного давления. Атмосферное давление зависит от погоды и высоты над уровнем моря. Плотность воздуха и, следовательно, давление уменьшаются с увеличением высоты над уровнем моря. Кроме того, давление воздуха зависит от погоды. Принцип работы датчика атмосферного давления аналогичен принципу работы датчика абсолютного давления во впускном коллекторе, кроме того, что он измеряет атмосферное давление. Зачастую он расположен в ЭБУ двигателя. Если такой датчик выходит из строя, необходимо менять ЭБУ двигателя в сборе.
С учетом этих двух показателей можно очень точно определить количество воздуха. Датчик атмосферного давления используется не только в сочетании с ультразвуковым датчиком с вихревыми потоками Кармана. Он также применяется во многих других системах для измерения атмосферного давления (плотности воздуха), что необходимо для коррекции состава топливовоздушной смеси.
Если двигатель оснащен турбокомпрессором, необходимо также измерять давление наддувочного воздуха. Для этого используется датчик, по конструкции похожий на датчик абсолютного давления в коллекторе, но измеряющий разрежение и избыточное давление по сравнению с атмосферным.
Кислородный датчик
- Кислородный датчик
- Screenshot_10.jpg (196.66 КБ) 235 просмотров
Кислородный датчик измеряет количество кислорода в отработавших газах. Существуют два типа кислородных датчиков: циркониевый и титановый. Несмотря на то, что устройство и выходные сигналы датчиков двух типов различны, назначение их одинаково. Кислород-ный датчик определяет обогащение или обеднение топливовоздушной смеси. На основании данных, полученных от кислородного датчика, ЭБУ двигателя корректирует продолжительность впрыска для достижения значения лямбда 1. Это необходимо для того, чтобы трехкомпонентный каталитический нейтрализатор мог работать с максимальным КПД.
Платиновый кислородный датчик
С одной стороны на платину воздействует окружающий воздух, с другой — отработавшие газы. Вследствие разницы в содержании кислорода в окружающем воздухе и отработавших газах вырабатывается напряжение. При бедной топливовоздушной смеси напряжение низкое. И наоборот: напряжение вырастает при обогащении смеси. Напряжение выше 450 мВ указывает на то, что топливовоздушная смесь богаче стехиометрического значения, поэтому продолжительность впрыска необходимо сократить. Напряжение менее 450 мВ указывает на то, что топливовоздушная смесь беднее стехиометрического значения, поэтому продолжительность впрыска необходимо увеличить. При исправной работе датчика выходные сигналы чередуются, так как чередуются направления коррекции. Для верного функционирования датчики необходимо прогреть примерно до 300°C.
Титановый кислородный датчик
Сопротивление титанового элемента изменяется в зависимости от концентрации кислорода. На кислородный датчик подается напряжение 5 В. По мере изменения сопротивления датчика изменяется и сигнал напряжения, подаваемый в ЭБУ двигателя. Небольшое падение напряжения указывает на богатую смесь, большое — на бедную. Падение напряжения отслеживает блок сравнения. Если напряжение более 2,5 В, выходное напряжение блока сравнения высокое (богатая смесь). Если напряжение менее 2,5 В, выходное напряжение низкое (бедная смесь).
Сколько датчиков кислорода установлено на двигателях
На современные двигатели устанавливают передний и задний кислородные датчики для проверки работоспособности каталитического нейтрализатора. Если нейтрализатор исправен, сигнал заднего кислородного датчика сильно отличается от сигнала переднего датчика по высоте и, особенно, по частоте колебаний. Схожесть сигналов двух кислородных датчиков указывает на неисправность каталитического нейтрализатора.