Особливості діагностування систем керування дизельними двигунами внутрішнього згорання

Особливості діагностування систем керування дизельними ДВИГУНАМИ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ




1. Загальні відомості про системи керування дизельними ДВЗ



Дамо порівняльну характеристику дизельних та бензинових двигунів з експлуатаційних показників.

Щодо паливної економічності – бензинові двигуни перетворюють до корисної роботи лише 25% теплоти, яка утворюється при згорянні палива. Дизельний двигун перетворює до корисної роботи біля 35% теплової енергії завдяки більш високому термічному коефіцієнту корисної дії. Це визначає перевагу дизельних двигунів над бензиновими.

Бензинові двигуни мають меншу відносну вагу, низьку шумність, більшу приємістість та швидкісний діапазон обертання до 8000 хв-1. Дизельні двигуни працюють на обертах не вище за 5000 хв-1, мають підвищену шумність у всьому діапазоні робочих режимів. За цими показниками бензинові двигуни є більш переважними, особливо при застосуванні у легкових автомобілях та малих вантажівках, які експлуатуються в умовах міста.

Дизельні двигуни працюють з більш високими ступенями стиску ніж бензинові завдяки відсутності детонаційних процесів при різному складі паливної суміші. Ці передумови передбачають застосування дизельних двигунів на вантажівках значної потужності.

Дизельні двигуни не вимагають застосування системи примусового запалювання паливної суміші, але потребують відносно коштовної системи паливоподачі. За вартістю виробництва бензинові двигуни є більш переважними. Слід додати, що застосування на бензинових двигунах системи упорскування палива значно зменшує різницю вартості на виробництво двигунів обох типів.

Дизельні двигуни здатні забезпечувати максимальний крутний момент у широкому діапазоні швидкісних режимів, що визначає їх більшу пристосованість до робочих режимів. Завдяки низькій летності дизельного палива двигун є більш переважним з боку пожежної безпеки.

Концентрація СО-складової у відпрацьованих газах дизельних двигунів значно менша, ніж у бензинових двигунах завдяки використанню більш збідненої суміші. Однак кількість викидів вуглеводнів, оксидів азоту та сажі у дизельних двигунах вище ніж у бензинових. Удосконалення конструкції камер згоряння та паливної апаратури дизельних двигунів поліпшує склад відпрацьованих газів. Таким чином, з боку токсичності вихлопу та забруднення навколишнього середовища дизельні та бензинові двигуни розглядаються як альтернативні.

Основною класифікаційною ознакою дизельних двигунів є спосіб упорскування палива. За цією ознакою розрізняють двигуни з упорскуванням палива у розділену камеру згоряння та з впорскуванням палива безпосередньо у циліндр.

У конструкціях з розділеною камерою впорскування палива здійснюється в окрему (вихрову) камеру, яка розташована у головці блоку циліндрів і має сполучення з основною камерою згоряння (циліндром) через канал надходження паливної суміші. Основна камера згоряння, як правило виконана у верхній частині поршня. Така система утворення паливної суміші забезпечує поступове згоряння палива, дозволяє форсувати частоту обертання двигуна.

Коли поршень переміщується до ВМТ, повітря із основної камери через канал сполучення витискується у вихрову камеру. Тангенційна спрямованість каналу викликає турбулентний рух повітря у вихровій камері. Паливна форсунка, яка теж сполучена з розділеною камерою, впорскує паливо через сопловий отвір в турбуленізований потік повітря. Це спричиняє швидке випарювання палива, утворюючи паливну суміш. В результаті адіабатичного процесу суміш спалахує та швидко підвищує тиск. Напівзгоріта суміш витискується через канал в основну камеру згоряння, підвищуючи турбулентність потоку та викликаючи додаткове розширення при її догорянні. Таким чином теплова енергія у формі підвищення тиску в зачиненому об’ємі перетворюється в механічну енергію поступового руху поршня (вниз від ВМТ).

В конструкціях з безпосереднім упорскуванням паливна форсунка розташована у голівці блоку циліндрів над камерою згоряння у поршні. Робочий процес відбувається аналогічним чином, але тільки в межах основної камери згоряння, яка одночасно виконує функцію вихроутворювача.

Щоб оптимізувати роботу дизельного двигуна за критеріями токсичності та паливної економічності застосовуються різні способи: каталітичне допалювання палива (каталітичні нейтралізатори); рециркуляція відпрацьованих газів (система EGR); дозування палива та керування кутом випередження впорскування (системи EDIC, EDC); полегшення пуску двигуна (система передпускового підігріву).

Для полегшення пуску дизельного двигуна застосовуються свічки накалювання, які підключаються до напруги АКБ через замок запалювання. Струм через свічки накалювання виникає, тільки якщо замок запалення знаходиться у положенні передпускового підігріву або стартерного режиму. Однією з важливих функцій, яку виконують електронні та мікропроцесорні системи керування дизельним двигуном, є оптимізація часу передпускового підігріву (часу включеного стану свічок накалювання) на основі інформації (сигналів з датчиків) про температурний стан двигуна, палива та повітря.

Системи керування свічками накалювання можуть бути реалізовані за декількома схемними рішеннями:

1. Для сигналізації увімкнення свічок запалювання (коли система працює) та можливості пуску двигуна (коли можна вмикати стартер) використовується сигналізатор на панелі приладів.

2. Застосовується дистанційне реле керування (вмикання) свічками накалювання для розвантаження контактів замка запалювання.

3. Використовується таймер, який забезпечує фіксований час підігріву двигуна, виконуючи вимикання свічки накалювання в автоматичному режимі.

4. На основі сигналу з датчика температури охолоджуючої рідини (температурний стан ДВЗ) ЕБК визначає необхідність підігріву двигуна та обмежує струм свічок накалювання в разі необхідності.

5. На основі сигналів з датчиків температури оточуючого повітря та температури охолоджуючої рідини ЕБК визначає час накалювання свічок залежно від температури в моторному відсіку.

6.Використовуються резистори в колах живлення свічок накалювання для стабілізації струму при зниженні рівня напруги АКБ.

7. Застосовуються плавкі та біметалеві запобіжники (автоматичні вимикачі) на випадок коротких замикань в колах свічок накалювання.

Принципи побудови мікропроцесорних систем керування ДВЗ однакові для дизельних і бензинових двигунів. Характерними рисами системи керування дизельними двигунами є відсутність елементів системи запалювання (модуль запалювання, свічки запалювання); наявність елементів системи полегшення пуску (факельні свічки, свічки накалювання); наявність паливного насоса високого тиску (ПНВТ), який одночасно виконує функції і об’єкта керування, і виконавчого пристрою. На даний час існує багате розмаїття систем керування дизельними двигунами (табл. 1). 

В таблиці наведено перелік тільки мікропроцесорних систем керування паливоподачею дизельних двигунів, в яких передбачено (втілено) систему самодіагностики (СД). В таблиці також наведені приклади застосування систем керування до окремих марок автомобілів та двигунів.




Таблиця 1

Застосування системи керування паливоподачею на дизельних ДВЗ

Тип паливної системи

Марка автомобіля

Модель автомобіля

Код двигуна

BOSCH

FIAT

Punto 1,7 TD (Cat)

176 A3(A5)



SEAT

Inca 1,9D

1Y

LUCAS/ BOSCH

MERSEDES-BENZ

C220(250)D

604(5).910

BOSCH EDC

AUDI

A3(4) 1,9 TDI Cat

AGR (AFF)



FIAT

Mared/Weekend

185.A2



HONDA

Accord TDi

20T2N



MAZDA

121 1,8D

RTJ



ROVER

220(420) TD

20T2R



SEAT

Ibiza, Cordoba, Inca

AEY



VOLKSWAGEN

Polo/Caddy

AHB/AEY





Golf/Vento/Passat

1Z/AFN





LT 2,5 TDI

AHD/ACV

BOSCH ECD

AUDI

A4 1,9 TDI Cat

AFH/1Z/AHU

BOSCH EDS

CHRYSLER

Jeep Cherokee

VM-42S CLIRS



FORD

Fiesta 1,8D

RTJ/RTK



ROVER

220(420) SDi

20T2N

BOSCH MSA

CITROEN

XM 2,5D Turbo

THY (DK5 ATE)



VOLVO

850(S70, V70) TDI

D5252T

LUCAS

FIAT

BraVa/Bravo/Marea

182A7

LUCAS DPC(N)

RENAULT

Megane 1,9TD

F8Q 784



SKODA

Felicia 1,9D

AEF

ECCS-D

NISSAN

Almera 2,0D

CD20E

DDE 2.1

OPEL-VAUXHALL

Omega 2,5TD

25TD

SUZUKI D

SUZUKI

Vitara 2,0TD

RF-Turbo

TOYOTA ECD

TOYOTA

Landcruiser-Colorado 3,0TD

1kz-TE




2. Склад системи керування та призначення її елементів



Склад систем визначається їх рівнем (типом) та залежить від переліку функцій, які реалізовані в кожній окремій мехатронній системі. У табл. 2 наведено загальний перелік елементів систем керування дизельними двигунами безвідносно до конкретного типу системи з позначенням позиції елементів згідно з класифікаційною індексацією.



Таблиця 2

Перелік елементів системи керування дизельними двигунами

Позначення, індекс

Назва (призначення) елементів

Позначення, індекс

Назва (призначення) елементів

1

2

3

4



А5

А19

А23



А35



А57



А63

А91



А104



А147



А150



В4



В18





В24



В25



В28





В30

В31

 В33

А-вузли

Панель приладів

Маршрутний комп’ютер

Блок керування протиугінною системою

Електронний блок керування двигуном (ЕБК)

Блок керування автоматичною коробкою передач

Блок керування кондиціонером

Блок керування режимами роботи обігрівача

Блок керування свічками накалювання

Блок керування системи рециркуляції відпрацьованих газів

Паливний насос

В-датчики

Датчик-покажчик температури охолоджувальної рідини

Датчик температури охолоджувальної рідини системи передпускового підігріву

Датчик температури охолоджувальної рідини (ДТОР)

Датчик температури повітря на впуску

Датчик температури системи рециркуляції відпрацьованих газів

Датчик витрати повітря (ВП)

Датчик температури палива

Датчик швидкості автомобіля



К20

К21

К22

К46

К93

К96



К143

К242



К243

К245

К247



К248



К249



S1

S13

S57

S63



S79



S104

S249



S258



 S266

К-реле

Реле паливного насоса

Запобіжне реле перевантаження

Реле свічок накалювання (РСН)

Реле системи упорскування 

Реле таймера свічок накалювання

Реле системи рециркуляції відпрацьованих газів

Реле компресора кондиціонера

Реле підігрівача охолоджувальної рідини

Реле датчика атмосферного тиску

Реле системи підігріву двигуна

Реле індикатора ввімкнення свічок накалювання

Реле електромагнітного клапана регулювання величини подачі

Реле клапана відсічки палива

S-перемикачі

Замок „запалювання”

Вимикач стоп-сигнала (ВГП)

Кінцевий вимикач холостого ходу

Вимикач-датчик по тиску хладагенту (кондиціонер)

Головний вимикач системи підтримання швидкості (ВПГ)

Вимикач дроселя

Вимикач положення селектора коробки передач

Кінцевий вимикач педалі зчеплення (ВЗ)

Вимикач контрольної лампи наявності води в паливному фільтрі

В75



В82



В83



В105



В107



В121

В132



В135



В138



В141



В 147



Н25



Н63



Н68



Н91



Датчик частоти обертання колінчастого валу (ДЧО)

Датчик наявності води в паливному фільтрі

Датчик абсолютного тиску повітря (ДАТЧ)

Датчик тиску наддування (ДТН)

Датчик температури в впускному колекторі

Датчик атмосферного тиску 

Датчик положення розподільчого валу

Датчик моменту початку впорскування

Датчик положення педалі акселератора (ДПА)

Датчик підйому голки форсунки (ДПГФ)

Датчик положення дроселя

Н-попереджувальні покажчики

Контрольна лампа свічок накалювання

Контрольна лампа системи управління двигуном

Контрольна лампа граничного тиску наддуву

Лампа індикації забруднення паливного фільтру

S329



S330





Y12



Y28



Y56



Y57





Y68



Y99



Y101





Y116





Y125





Y132



Датчик температури навколишнього середовища

Вимикач підігріву двигуна



Y-соленоїди

Електромагнітний клапан відсічки паливоподачі

Клапан системи рециркуляції відпрацьованих газів

Клапан керування холостим ходом

Електромагнітний клапан відсічки паливоподачі на примусовому холостому ході (КВПП)

Електромагнітний клапан системи регулювання тиском наддування

Клапан керування подачею повітря на холостому ході

Соленоїд системи керування кутом випередження упорскування палива (КАВУ)

Соленоїд приводу перепускної заслінки в системі турбонаддування

Соленоїд системи керування кутом випередження впорскування при запуску холодного двигуна

Клапан управління початком упорскування палива




На рис. 1 показана функціональна схема системи керування дизельним двигуном типу Bosch EDC. Позначення функціональних блоків на схемі відповідають скороченням у табл.2 (у дужках).

Принцип дії, влаштування та призначення більшості датчиків систем керування дизельними двигунами такі ж, як і у датчиків систем керування бензиновими двигунами. 

Деякі датчики мають багатоцільове призначення, забезпечуючи процеси керування паливо подачею, рециркуляцією відпрацьованих газів, контролем швидкості руху автомобіля; антивібраційного регулювання кузова автомобіля. розкриємо функціональне призначення датчиків системи, для керування паливоподачею двигуна. 

Датчик підйому голки форсунки (ДПГФ) – індукційного типу з електромагнітним підмагнічуванням. В котушці датчика, яка міститься в середині форсунки, переміщується феромагнітний якорець (сердечник), що пов’язаний безпосередньо з голкою форсунки. 

Під час підйому голки здійснюється зміна магнітного потоку через котушку та в ній індуктується імпульсний сигнал. Цей сигнал сприймається ЕБК для формування фазових зсувів сигналу керування форсункою (кут випередження моменту впорскування). 

Датчик температури охолоджуючої рідини (ДТОР) являє собою терморезистор. Електронний блок сприймає сигнал датчика для визначення одного з трьох варіантів забезпечення полегшеного пуску залежно від температурного стану двигуна: без підігріву, з попереднім підігрівом, з підігрівом під час пуску двигуна.

Датчик температури повітря розташований у корпусі повітряного фільтра. За принципом дії, функціональним призначенням та діагностичними параметрами є аналогом ДТОР.

Датчик температури палива (ДТП) розташований у корпусі паливного насоса високого тиску (ПНВТ) у потоці палива. 
























Е

Б

К

















ДВ

ДР

СН

РСН

КВПП

КАВУ

ПДМ

ДПК

ВЗ

ДТП

ВГП

ВКК

РПП

ДЧО

ДПГФ

ДТН

ДПА

ВП

ДТОР

ДША

ВСС

ДАТП

ДДМ

Рис. 1. Функціональна схема системи керування дизельним двигуном


На основі сигналу з ДТП ЕБК корегує кількість подачі палива виходячи з того, що щільність палива пропорційна його температурі.

Параметри датчика аналогічні параметрам ДТОР.

Датчик частоти обертання двигуна (ДЧО) або датчик кутового положення колінчастого валу індукційного типу, призначення та параметри такі ж як у датчика системи керування бензиновими двигунами. Розташований, 

Як правило, на картері маховика або на кришці гідротрансформатора автоматичної коробки передач. Активізуючим виступом є зубці маховика або ведучого диска гідротрансформатора. Іноді датчик встановлюється в передній частині двигуна з вимірювальним диском (як на бензинових двигунах).

Датчик положення педалі акселератора (ДПА) потенціометричного типу, відслідковує положення педалі (псевдопедалі). На основі сигналу датчика ЕБК визначає циклічність подавання палива, впливаючи на виконавчий пристрій переміщення дозуючої муфти ПНВТ.

Датчик абсолютного тиску повітря у впускному колекторі (ДАТП) або датчик тиску наддування (ДТН) мембранного типу з тензометричним або потенціометричним чутливим елементом. Встановлюється у впускному колекторі після турбокомпресора, формує сигнал, пропорційний тиску надування. На основі величини сигналу ЕБК визначає кількість (режим) подачі палива.

Витратомір повітря (ВП) термоанемометричного принципу дії, формує сигнал про кількість повітря, що надходить до циліндрів двигуна на кожний робочий цикл. Ця інформація використовується для визначення режиму впорскування (співвідношення повітря/паливо) та керування клапаном системи рециркуляції відпрацьованих газів.

Датчик дозуючої муфти (ДДМ) потенціометричного типу та привід дозуючої муфти (ПДМ) розташовані в корпусі ПНВТ. Привід виконує безпосереднє керування циклічною подачею палива по сигналах з ЕБК. Датчик виконує функцію зворотного зв’язку по каналу керування ПНВТ.