4.3.2. Volkswagen Polo. Система управления двигателем. Элементы системы управления двигателем.

Система управления двигателем состоит из электронного блока управления (ЭБУ), датчиков параметров работы двигателя и автомобиля, а также исполнительных устройств. ЭБУ представляет собой мини-компьютер специального назначения. В его состав входят оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ). ОЗУ используется микропроцессором для временного хранения текущей информации о работе двигателя (измеряемых параметров) и расчетных данных. Из ОЗУ блок управления двигателем берет исходные данные для обработки. В ОЗУ записываются также коды возникающих неисправностей. Эта память энергозависима, т. е. при прекращении электрического питания (отключении аккумуляторной батареи или отсоединении от ЭБУ колодок жгута проводов) ее содержимое стирается. ППЗУ хранит программу управления двигателем, которая содержит последовательность рабочих команд (алгоритмов) и калибровочных данных – настроек. ППЗУ энергонезависимо, т. е. содержимое памяти не изменяется при отключении питания. ЭБУ получает информацию от датчиков системы управления, а также дополнительные сигналы от датчиков ABS, автоматической коробки передач и климатической установки. ЭБУ управляет исполнительными устройствами, такими как топливный насос и форсунки, катушки зажигания, дроссельная заслонка, нагревательные элементы датчиков концентрации кислорода, клапан продувки адсорбера, муфта компрессора кондиционера, вентилятор системы охлаждения.

Электронный блок управления двигателем

Электронный блок управления закреплен в моторном отсеке на кронштейне короба воздухопритока позади аккумуляторной батареи. Кроме подвода напряжения питания к датчикам и управления исполнительными устройствами ЭБУ выполняет диагностические функции системы управления двигателем (бортовая система диагностики) – определяет наличие неисправностей элементов в системе, включает сигнализаторы неисправности в комбинации приборов и сохраняет в своей памяти коды неисправностей. При обнаружении неисправности, во избежание негативных последствий (прогорание поршней из-за детонации, повреждение каталитического нейтрализатора в случае возникновения пропусков воспламенения топливовоздушной смеси, превышение предельных значений по токсичности отработавших газов и пр.), ЭБУ переводит систему на аварийные режимы работы. Суть их состоит в том, что при выходе из строя какого-либо датчика или его цепи блок управления двигателем применяет замещающие данные, хранящиеся в его памяти.

Сигнализаторы системы управления в комбинации приборов: 1 – сигнализатор неисправности электронного привода дроссельной заслонки; 2 – сигнализатор неисправности системы управления двигателем

Если система исправна, то при включении зажигания оба сигнализатора должны загореться – таким образом, ЭБУ проверяет исправность сигнализаторов и цепей их управления. После пуска двигателя сигнализаторы должны погаснуть, если в памяти ЭБУ отсутствуют условия для их включения. Включение одного или обоих сигнализаторов при работе двигателя информирует водителя о том, что бортовая система диагностики обнаружила неисправность, и дальнейшее движение автомобиля происходит в аварийном режиме. Запрещается эксплуатация автомобиля с постоянно горящим или мигающим сигнализатором в комбинации приборов. В этом случае допускается самостоятельное движение автомобиля (при этом могут ухудшиться некоторые параметры работы двигателя – мощность, приемистость, экономичность) до СТО для устранения неисправности. Если неисправность носила временный характер, ЭБУ выключит сигнализатор после нескольких пусков двигателя. Коды неисправностей (даже если сигнализатор погас) остаются в памяти блока и могут быть считаны с помощью специального диагностического прибора – сканера, подключаемого к колодке диагностики. Колодка диагностики (диагностический разъем) расположена в салоне автомобиля под панелью приборов, слева от монтажного блока В предохранителей.

Расположение колодки диагностики в салоне автомобиля

При удалении кодов неисправностей из памяти электронного блока с помощью диагностического прибора сигнализатор неисправности в комбинации приборов гаснет. Датчики системы управления выдают ЭБУ информацию о параметрах работы двигателя и автомобиля, на основании которых он рассчитывает момент, длительность и порядок открытия топливных форсунок, момент и порядок искрообразования, угол открытия дроссельной заслонки.

Датчик положения коленчатого вала расположен на задней стенке блока цилиндров слева, в зоне соединения блока с картером сцепления.

Датчик положения коленчатого вала

Датчик выдает блоку управления информацию о частоте вращения и угловом положении коленчатого вала. Датчик – индуктивного типа реагирует на прохождение вблизи своего сердечника зубьев задающего диска, закрепленного на фланце коленчатого вала.

Место установки датчика положения коленчатого вала (показано при снятой коробке передач): 1 – крышка картера сцепления; 2 – держатель заднего сальника коленчатого вала; 3 – задающий диск датчика; 4 – фланец коленчатого вала; 5 – датчик; 6 – блок цилиндров; 7 – поддон картера.

Для определения положения коленчатого вала два зуба задающего диска срезаны, образуя широкий паз. При прохождении этого паза мимо датчика в нем генерируется так называемый «опорный» импульс синхронизации. При вращении задающего диска изменяется магнитный поток в магнитопроводе датчика – в его обмотке наводятся импульсы напряжения переменного тока. По количеству и частоте этих импульсов ЭБУ рассчитывает фазу и длительность импульсов управления форсунками и катушками зажигания. При отсутствии сигнала с датчика положения коленчатого вала топливо не подается в цилиндры двигателя и искрообразование на свечах отсутствует.

Датчик положения распределительного вала

Датчик положения распределительного вала (датчик фаз) закреплен сверху на корпусе распределительных валов. Сигнал датчика ЭБУ использует для согласования процессов впрыска топлива в соответствии с порядком работы цилиндров (фазированный впрыск топлива). Принцип действия датчика основан на эффекте Холла. Для определения положения поршня 1-го цилиндра во время такта сжатия датчик реагирует на прохождение задающего диска, расположенного на распределительном валу впускных клапанов, и выдает ЭБУ импульс напряжения низкого уровня (около 0 В). На основании выходных сигналов датчиков положения коленчатого и распределительного валов ЭБУ определяет цилиндр, в который следует подать топливо, и свечу, на которой следует обеспечить искрообразование. При выходе из строя датчика фаз или его цепи ЭБУ переходит в режим нефазированного впрыска топлива.

Для регулирования мощности двигателя на автомобиле применен электронный привод дроссельной заслонки. Водитель в соответствии со своими намерениями по изменению мощности двигателя нажимает на педаль «газа». Положение педали отслеживается с помощью двух датчиков угловых перемещений (расположенных в модуле педали «газа»), которые передают сигналы блоку управления двигателем. Из ЭБУ соответствующие сигналы поступают на блок управления дроссельного узла, который изменяет положение заслонки. Дополнительно из ЭБУ поступают соответствующие команды по изменению момента зажигания и впрыска топлива. При таком методе управления дроссельной заслонкой ЭБУ (для обеспечения безопасности движения и снижения расхода топлива) может регулировать положение заслонки без изменения водителем положения педали «газа».

Модуль педали «газа»

В модуле педали «газа» для обеспечения большей надежности применяются два датчика положения педали. Оба датчика представляют собой потенциометры со скользящим контактом, укрепленным на общем валу. При каждом изменении положения педали изменяется сопротивление датчиков и, соответственно, напряжение, которое передается на блок управления двигателем. По сигнальному напряжению опознаются режимы холостого хода и kick-down (на автомобиле с автоматической коробкой передач). При отсутствии сигнала одного из датчиков положения педали «газа» загорается сигнализатор неисправности электронного привода дроссельной заслонки (EPС) в комбинации приборов и работа двигателя в первоначальный момент возможна только на режиме холостого хода. Как только система управления в течение определенного времени опознает другой датчик положения педали, то появится возможность движения автомобиля. В этом случае, при полном нажатии на педаль «газа» частота вращения коленчатого вала двигателя будет увеличиваться медленно. При отсутствии сигналов с обоих датчиков положения педали «газа» загорается сигнализатор неисправности электронного привода дроссельной заслонки (EPС) в комбинации приборов. При этом двигатель может работать только на повышенных оборотах холостого хода (1500 мин - ¹) и не реагирует на педаль «газа».

Дроссельный узел: 1 – корпус; 2 – блок управления; 3 – дроссельная заслонка.

Блок управления дроссельной заслонкой, состоящий из электродвигателя постоянного тока с редуктором и двух датчиков положения заслонки, прикреплен к корпусу дроссельного узла.
Открытие и закрытие заслонки на требуемый угол осуществляется электродвигателем (через редуктор) блока управления дроссельного узла по сигналам ЭБУ. При обесточивании электродвигателя заслонка автоматически (посредством пружины) перемещается в аварийное (немного приоткрытое) положение. При этом загорается сигнализатор неисправности электронного привода дроссельной заслонки (EPС) в комбинации приборов и допускается весьма ограниченное по возможности движение автомобиля (к месту ремонта) при повышенных оборотах холостого хода. Два датчика углового положения дроссельной заслонки предназначены для обратной связи с ЭБУ. Оба датчика представляю собой потенциометры со скользящим контактом. Скользящий контакт каждого датчика закреплен на ведомой шестерне редуктора, которая сидит на валике дроссельной заслонки. Контакты касаются дорожек потенциометров в крышке блока управления. При изменении положения дроссельной заслонки изменяются сопротивления дорожек потенциометров и, тем самым, – напряжения сигналов, которые передаются ЭБУ. Из-за того, что графики обоих потенциометров направлены навстречу друг другу, ЭБУ может отличать датчики один от другого и осуществлять проверочные функции. Если ЭБУ получает от одного из датчиков положения дроссельной заслонки неразличимый сигнал или вообще не получает никакого сигнала, то загорается сигнализатор неисправности электронного привода дроссельной заслонки (EPС) в комбинации приборов и для контроля оставшегося датчика используется сигнал нагрузки. При этом автомобиль нормально реагирует на изменение положения педали «газа». Если ЭБУ получает от обоих угловых датчиков неразличимые сигналы или вообще не получает сигналов, то загорается сигнализатор неисправности электронного привода дроссельной заслонки (EPС) в комбинации приборов. При этом двигатель может работать только с повышенной частотой холостого хода (1500 мин - ¹) и не реагирует на педаль «газа».

Датчик температуры охлаждающей жидкости

Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в распределителе охлаждающей жидкости. Стержень датчика омывается охлаждающей жидкостью, выходящей из рубашки охлаждения головки блока цилиндров. Датчик представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при повышении температуры. ЭБУ подает на датчик стабилизированное напряжение и по падению напряжения на датчике рассчитывает температуру охлаждающей жидкости, значения которой используются для корректировки подачи топлива и угла опережения зажигания.

Датчик абсолютного давления и температуры воздуха на впуске

Комбинированный датчик абсолютного давления и температуры воздуха на впуске, включающий в себя два датчика (давления и температуры), закреплен на ресивере впускного трубопровода. Датчик абсолютного давления оценивает изменения давления воздуха в ресивере впускного трубопровода, которые зависят от нагрузки на двигатель и частоты вращения коленчатого вала, и преобразовывает их в выходные сигналы напряжения. Чувствительный элемент датчика кремниевый, диафрагменного типа. Выходное напряжение датчика изменяется прямо пропорционально разнице приложенных к нему давлений. По сигналам датчика ЭБУ определяет количество воздуха, поступившего в двигатель, и рассчитывает требуемое количество топлива. Для подачи большего количества топлива при большом угле открытия дроссельной заслонки (разрежение во впускном трубопроводе незначительное) ЭБУ увеличивает время работы топливных форсунок. При уменьшении угла открытия дроссельной заслонки разрежение во впускном трубопроводе увеличивается и ЭБУ, обрабатывая сигнал, сокращает время работы форсунок. Датчик абсолютного давления воздуха позволяет ЭБУ вносить коррективы в работу двигателя при изменении атмосферного давления в зависимости от высоты над уровнем моря. Датчик температуры воздуха представляет собой терморезистор, который изменяет свое сопротивление в зависимости от температуры воздуха. ЭБУ подает на датчик стабилизированное напряжение и измеряет сопротивление для определения температуры впускного воздуха. Уровень сигнала высокий, когда воздух в трубопроводе холодный, и низкий, когда воздух горячий. Информацию, полученную от датчика, ЭБУ учитывает при расчете расхода воздуха для коррекции подачи топлива и угла опережения зажигания.

Датчик детонации

Датчик детонации закреплен на задней стенке блока цилиндров под впускным трубопроводом – между 2 и 3 цилиндрами. Датчик реагирует на высокочастотные колебания блока цилиндров, возникающие при детонационном сгорании топлива. Пьезокерамический чувствительный элемент датчика детонации генерирует сигнал переменного напряжения, амплитуда и частота которого соответствуют параметрам вибраций стенки блока цилиндров двигателя. При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты возрастает. При этом для подавления детонации ЭБУ корректирует угол опережения зажигания в сторону более позднего. В системе управления применяются два датчика концентрации кислорода – управляющий и диагностический.

Управляющий датчик концентрации кислорода

Управляющий датчик концентрации кислорода установлен в катколлекторе системы выпуска отработавших газов – до каталитического нейтрализатора. Управляющий датчик концентрации кислорода представляет собой гальванический источник тока, выходное напряжение которого зависит от концентрации кислорода в окружающей датчик среде. По сигналу о наличии кислорода в отработавших газах от датчика ЭБУ корректирует подачу топлива форсунками так, чтобы состав рабочей смеси был оптимальным для эффективной работы каталитического нейтрализатора отработавших газов. Кислород, содержащийся в отработавших газах, после вступления в химическую реакцию с электродами датчика создает разность потенциалов на выходе датчика, изменяющуюся приблизительно от 0,1 В до 1,0 В. При низком уровне сигнала напряжение на выходе датчика составляет 0,1–0,4 В, что соответствует бедной смеси (более высокое содержание кислорода в отработавших газах), а при высоком уровне сигнала напряжение на выходе датчика равно 0,6–1,0 В, что соответствует богатой смеси (низкое содержание кислорода). Когда датчик находится в холодном состоянии, выходной сигнал датчика отсутствует, т. к. его внутреннее сопротивление в этом состоянии очень высокое – несколько МОм (система управления двигателем работает по разомкнутому контуру). Для нормальной работы датчик концентрации кислорода должен иметь температуру не ниже 370°C. С целью быстрого прогрева датчика после пуска двигателя в датчик встроен нагревательный элемент, которым управляет ЭБУ. По мере прогрева сопротивление датчика падает, и он начинает генерировать выходной сигнал. Тогда ЭБУ начинает учитывать сигнал датчика концентрации кислорода для управления топливоподачей в режиме замкнутого контура. Датчик концентрации кислорода может быть «отравлен» в результате применения этилированного бензина или использования при сборке двигателя герметиков, содержащих в большом количестве силикон (соединения кремния) с высокой летучестью. Испарения силикона могут попасть через систему вентиляции картера в камеру сгорания двигателя. Присутствие соединений свинца или кремния в отработавших газах может привести к выходу датчика из строя. В случае выхода из строя датчика или его цепей ЭБУ управляет топливоподачей по разомкнутому контуру.

Диагностический датчик концентрации кислорода

Диагностический датчик концентрации кислорода установлен после каталитического нейтрализатора в трубе дополнительного глушителя системы выпуска отработавших газов. Принцип работы диагностического датчика такой же, как у управляющего датчика концентрации кислорода. Главной функцией датчика является оценка эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов и осуществление второго, более точного контроля обогащения топливовоздушной смеси. Сигнал, генерируемый датчиком, указывает на наличие кислорода в отработавших газах после каталитического нейтрализатора. Если каталитический нейтрализатор работает нормально, показания диагностического датчика будут значительно отличаться от показаний управляющего датчика концентрации кислорода.
Диагностический и управляющий датчики концентрации кислорода невзаимозаменяемые.

Наряду с вышеперечисленными датчиками, для поддержания оптимальных режимов работы двигателя при разных условиях эксплуатации, ЭБУ использует также сигналы от датчика положения педали сцепления (на автомобиле с механической коробкой передач), блока управления автоматической коробкой передач (на автомобиле с автоматической коробкой передач), выключателя сигналов торможения, датчика давления хладагента системы кондиционирования воздуха (на автомобилях с кондиционером) и датчика скорости (на автомобиле без ABS).

Датчик положения педали сцепления

Расположение датчика положения педали сцепления (для наглядности показано на снятой педали сцепления)

Датчик положения педали сцепления представляет собой выключатель, по сигналу которого ЭБУ опознает нажатое положение педали сцепления. При нажатой педали сцепления ЭБУ отключает регулирование нагрузки двигателя. Датчик положения педали сцепления не находится под контролем самодиагностики системы управления.

Выключатель сигналов торможения

Расположение выключателя сигналов торможения

Выключатель сигналов торможения герконового типа, расположен на главном тормозном цилиндре. Выключатель реагирует на перемещение поршней главного тормозного цилиндра при нажатии на педаль тормоза. Помимо функции управления работой сигналов торможения вторая группа контактов выключателя выдает сигнал на ЭБУ.
Система зажигания входит в состав системы управления двигателем и состоит из индивидуальных для каждого цилиндра катушек зажигания и свечей зажигания.

Катушка зажигания двигателя

Высоковольтные провода в системе зажигания отсутствуют – наконечник катушки зажигания надевается непосредственно на свечу. В эксплуатации система не требует обслуживания и регулирования, за исключением замены свечей. Управление током в первичных обмотках катушек осуществляет ЭБУ в зависимости от режима работы двигателя. Катушка зажигания неразборная, при выходе из строя ее заменяют.

Свеча зажигания

В двигатель устанавливают свечи зажигания VAG 101905601F или их аналоги других производителей. Размер шестигранника свечи под ключ – 16 мм. Зазор между электродами свечи составляет 1,0 мм.
Реле и предохранители системы управления двигателем расположены в монтажных блоках, установленных в моторном отсеке и салоне (см. «Электрооборудование»).
При обслуживании и ремонте системы управления двигателем всегда выключайте зажигание (в некоторых случаях необходимо отсоединить клемму провода от «минусового» вывода аккумуляторной батареи). При проведении сварочных работ на автомобиле отсоединяйте жгуты проводов системы управления двигателем от ЭБУ. Перед сушкой автомобиля в сушильной камере (после покраски) снимите ЭБУ. На работающем двигателе не отсоединяйте и не поправляйте колодки жгута проводов системы управления двигателем, а также клеммы проводов на выводах аккумуляторной батареи. Не пускайте двигатель, если клеммы проводов на выводах аккумуляторной батареи и наконечники «массовых» проводов на двигателе не закреплены или загрязнены.