На двигателе ВАЗ-21114 применена система распределенного фазированного впрыска: топливо подается форсунками в каждый цилиндр поочередно в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя
Электронная система управления двигателем (ЭСУД) состоит из контроллера, датчиков параметров работы двигателя и автомобиля, а также дополнительных устройств.
Контроллер системы впрыска является центральным устройством системы управления двигателем.
Схема электронной системы управления двигателем: 1 - аккумуляторная батарея; 2 - главное реле; 3 - замок зажигания; 4 - блок управления иммобилайзера; 5 -датчик скорости; 6 - диагностический датчик кислорода; 7 - датчик положе коленчатого вала; 8 - катколлектор; 9 - управляющий датчик кислорода; 10 - воздушный фильтр; 11 - диагностический разъем (колодка диагностики); 12 - тахометр; 13 - датчик массового расхода воздуха; 14 - спидометр; 15 - датчик положения дроссель заслонки; 16 - регулятор холостого хода; 17 - сигнализатор неисправности системы управления двигателем; 18 - топливная рампа; 19 - форсунка; 20 - датчик неровной дороги; 21 - катушка зажигания; 22 - контроллер; 23 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 24 - датчик фаз; 25 - свеча зажигания; 26 - датчик детонации; 27 - электровентилятор системы охлаждения; 28 - электровентилятора системы охлаждения; 29 - топливный фильтр; 30 - реле электробензонасоса; 31 - топливный модуль
Контроллер прикреплен к корпусу отопителя снизу, под панелью приборов.
Контроллер получает информацию от датчиков и управляет исполнительными устройствами, такими как топливные форсунки, катушка зажигания, регулятор холостого хода, нагревательный элемент датчика концентрации кислорода, электромагнитный клапан продувки адсорбера, электровентилятор системы охлаждения и различными реле системы.
При включении зажигания контроллер включает главное реле, через которое напряжение питания подводится к элементам системы (кроме электробензонасоса, катушки зажигания, электровентилятора, блока управления и сигнализатора состояния иммобилайзера).
Элементы электронной системы управления двигателем: 1 - свеча зажигания; 2 - датчик положения коленчатого вала; 3 - датчик концентрации кислорода; 4 - датчик детонации; 5 - контроллер и блок реле системы управления; 6 - диагностический разъем и блок предохранителей; 7 - сигнализатор неисправности; 8 - датчик положения дроссельной заслонки; 9 - датчик фаз; 10 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 11 - датчик скорости; 12 - датчик массового расхода воздуха; 13 - катушка зажигания
При выключении зажигания контроллер задерживает выключение главного, реле на время, необходимое для подготовки к следующему включению (для завершения вычислений, установки регулятора холостого хода, управления электровентилятором системы охлаждения).
Контроллер представляет собой мини-компьютер специального назначения.
Он содержит три вида памяти — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) и электрически репрограммируемое запоминающее устройство (ЭРПЗУ).
ОЗУ используется микропроцессором для временного хранения текущей информации о работе двигателя (измеряемых параметров) и расчетных данных.
Также в ОЗУ записываются коды возникающих неисправностей.
Эта память энергозависима, т. е. при прекращении питания (отключении аккумуляторной батареи или отсоединении от контроллера жгута проводов) ее содержимое стирается.
В ППЗУ хранится программа управления, которая содержит последовательность рабочих команд (алгоритм) и калибровочные данные (настройки).
Таким образом, ППЗУ определяет важнейшие параметры работы двигателя: характер изменения момента и мощности, расход топлива и т. п. ППЗУ энергонезависимо, т. е. его содержимое не изменяется при отключении питания.
ЭРПЗУ используется для хранения идентификаторов контроллера, двигателя и автомобиля (записываются коды иммобилайзера при обучении ключей) и других служебных кодов.
Кроме того, в ЭРПЗУ записываются эксплуатационные параметры (общий пробег автомобиля и время работы двигателя, общий расход топлива), а также нарушения режимов работы двигателя и автомобиля (время работы двигателя: с перегревом, на низкооктановом топливе, с превышением максимально допустимых оборотов, неисправными датчиками детонации, концентрации кислорода и скорости).
ЭРПЗУ является энергонезависимой памятью и может хранить информацию при отсутствии питания контроллера.
Контроллер также выполняет диагностические функции системы управления двигателем (бортовая система диагностики).
Контроллер определяет наличие неисправностей элементов системы управления, включает сигнализатор 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.), контроллер переводит систему на аварийные режимы работы.
Суть их состоит в том, что при выходе из строя какого-либо датчика или его цепи контроллер для управления двигателем применяет замещающие данные, хранящиеся в ППЗУ.
Сигнализатор неисправности системы управления двигателем расположен в комбинации приборов.
Если система исправна, то при включении зажигания сигнализатор должен загореться — таким образом, ЭСУД проверяет исправность сигнализатора и цепи управления.
После пуска двигателя сигнализатор должен погаснуть, если в памяти контроллера отсутствуют условия для его включения.
Включение сигнализатора при работе двигателя информирует водителя о том, что бортовая система диагностики обнаружила неисправность, и дальнейшее движение автомобиля происходит в аварийном режиме.
При этом могут ухудшиться некоторые параметры работы двигателя (мощность, приемистость, экономичность), но движение с такими неисправностями возможно, и автомобиль может самостоятельно доехать до СТО.
Единственным исключением является датчик положения коленчатого вала, при неисправности датчика или его цепей двигатель работать не может.
После устранения причин неисправности сигнализатор будет выключен контроллером через определенное время задержки, в течение которого неисправность не проявляется, и при условии, что в памяти контроллера отсутствуют другие коды неисправностей, требующие включение сигнализатора.
Коды неисправностей (даже если сигнализатор погас) остаются в памяти контроллера и могут быть считаны с помощью диагностического прибора DST-2M, подключаемого к диагностическому разъему.
При удалении кодов неисправностей из памяти контроллера с помощью диагностического прибора или посредством отключения аккумуляторной батареи (не менее чем на 10 с) сигнализатор гаснет.
Датчики системы впрыска выдают контроллеру информацию о параметрах работы двигателя и автомобиля, на основании которых он рассчитывает момент, длительность и порядок открытия топливных форсунок, момент и порядок искрообразования.
Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ) установлен на корпусе масляного насоса.
Датчик выдает контроллеру информацию о частоте вращения и угловом положении коленчатого вала.
Датчик — индуктивного типа, реагирует на прохождение вблизи своего сердечника зубьев задающего диска, объединенного со шкивом привода генератора.
Зубья расположены на диске с интервалом 6˚. Для синхронизации с ВМТ поршней 1 и 4 цилиндров два зуба из 60 срезаны, образуя впадину.
При прохождении впадины мимо датчика в нем генерируется так называемый опорный импульс синхронизации.
Установочный зазор между сердечником и вершинами зубьев должен находиться в пределах 1±0,4 мм.
При вращении задающего диска изменяется магнитный поток в магнитопроводе датчика — в его обмотке наводятся импульсы напряжения переменного тока.
По количеству и частоте этих импульсов контроллер рассчитывает фазу и длительность импульсов управления форсунками и катушкой зажигания.
Датчик фаз (ДФ) установлен на заглушке головки блока цилиндров.
Принцип действия датчика основан на эффекте Холла.
В отверстие хвостовика распределительного вала запрессован штифт.
Когда штифт вала проходит мимо сердечника датчика, датчик выдает на контроллер импульс напряжения низкого уровня (около 0 В), соответствующий положению поршня 1-го цилиндра в конце такта сжатия.
Сигнал датчика фаз контроллер использует для последовательного впрыска топлива в соответствии с порядком работы цилиндров.
При выходе из строя датчика фаз контроллер переходит в режим нефазированного впрыска топлива.
Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) установлен в выпускном патрубке на головке блока цилиндров.
Датчик представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при повышении температуры.
Контроллер подает на датчик через резистор (около 2 кОм) стабилизированное напряжение +5 В и по падению напряжения на датчике рассчитывает температуру охлаждающей жидкости, значения которой используют в большинстве функций управления двигателем.
При возникновении неисправностей цепей ДТОЖ загорается сигнализатор неисправности системы управления двигателем, контроллер включает вентилятор системы охлаждения на постоянный режим работы и рассчитывает значение температуры по обходному алгоритму.
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) установлен на оси дроссельной заслонки и представляет собой резистор потенциометрического типа.
На один конец его обмотки подается от контроллера стабилизированное напряжение +5 В, а другой соединен с «массой» контроллера.
С третьего вывода потенциометра (ползунка) снимается сигнал для контроллера.
Периодически измеряя выходное напряжение сигнала ДПДЗ, контроллер определяет текущее положение дроссельной заслонки для расчета угла опережения зажигания и длительности импульсов впрыска топлива, а также для управления регулятором холостого хода.
При выходе из строя ДПДЗ или его цепей контроллер включает сигнализатор неисправности и рассчитывает предполагаемое значение положения дроссельной заслонки по частоте вращения коленчатого вала и массовому расходу воздуха.
Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) термоанемометрического типа расположен между воздушным фильтром и шлангом подвода воздуха к дроссельному узлу.
В зависимости от расхода воздуха напряжение выходного сигнала датчика изменяется от 1,0 до 5,0 В.
При выходе из строя датчика, контроллер рассчитывает значение массового расхода воздуха по частоте вращения коленчатого вала и расположению дроссельной заслонки.
ДМРВ имеет встроенный датчик температуры воздуха (ДТВ), чувствительным элементом которого является термистор, установленный в потоке воздуха.
Выходной сигнал датчика изменяется в диапазоне от 0 до 5,0 В, в зависимости от температуры воздуха проходящего через датчик.
При возникновении неисправности цепи ДТВ контроллер включает сигнализатор неисправности и заменяет показание датчика фиксированным значением температуры воздуха (33˚С).
Датчик детонации (ДД) закреплен на передней верхней части блока цилиндров.
Пьезокерамический чувствительный элемент датчика генерирует сигнал напряжения переменного тока, амплитуда и частота которого соответствует параметрам вибраций двигателя.
При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты возрастает.
При этом для гашения детонации контроллер корректирует угол опережения зажигания.
Управляющий датчик концентрации кислорода (УДК) установлен в катколлекторе до каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Контроллер рассчитывает длительность импульса впрыска топлива по таким параметрам, как массовый расход воздуха, частота вращения коленчатого вала, температура охлаждающей жидкости, положение дроссельной заслонки.
По сигналу от УДК о наличии кислорода в отработавших газах контроллер корректирует подачу топлива форсунками, так чтобы состав отработавших газов был оптимальным для эффективной работы каталитического нейтрализатора.
Кислород, содержащийся в отработавших газах, создает разность потенциалов на выходе датчика, изменяющуюся приблизительно от 50 до 900 мВ.
Низкий уровень сигнала соответствует бедной смеси (наличие кислорода), а высокий уровень — богатой (кислород отсутствует).
Когда УДК 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 300 ˚с, поэтому для быстрого прогрева после запуска двигателя в него встроен нагревательный элемент, которым управляет контроллер.
По мере прогрева сопротивление датчика падает, и он начинает генерировать выходной сигнал.
Контроллер постоянно выдает в цепь датчика стабилизированное опорное напряжение 450 мВ.
Пока датчик не прогреется, его выходное напряжение находится в диапазоне от 300 до 600 мВ. При этом контроллер управляет системой впрыска, не учитывая напряжение на датчике.
По мере прогрева датчика его внутреннее сопротивление уменьшается, и он начинает изменять выходное напряжение, выходящее за пределы указанного диапазона.
Тогда контроллер отключает нагрев датчика и 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.
Присутствие соединений свинца или кремния в отработавших газах может привести к выходу датчика из строя.
В случае выхода из строя датчика или его цепей контроллер включает сигнализатор неисправности, заносит в свою память соответствующий код неисправности и управляет топливоподачей по разомкнутому контуру.
Диагностический датчик концентрации кислорода (ДДК) применяется в системе управления двигателем, выполненной под нормы токсичности Euro-3.
ДДК установлен в катколлекторе после каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Принцип работы ДДК такой же, как и УДК. сигнал, генерируемый ДДК, указывает на наличие кислорода в отработавших газах после нейтрализатора.
Если нейтрализатор работает нормально, показания ДДК будут значительно отличаться от показаний УДК.
Напряжение выходного сигнала прогретого ДДК при работе в режиме замкнутого контура и исправном нейтрализаторе должно находиться в диапазоне от 590 до 750 мВ.
При возникновении неисправности датчика или его цепей контроллер заносит в свою память код неисправности и включает сигнализатор.
Датчик скорости автомобиля установлен сверху на картере коробки передач.
Принцип его действия основан на эффекте Холла. Задающий диск датчика установлен на коробке дифференциала.
Датчик выдает на контроллер прямоугольные импульсы напряжения (нижний уровень — не более 1 В, верхний — не менее 5 В) с частотой, пропорциональной скорости вращения ведущих колес.
Количество импульсов датчика пропорционально пути, пройденному автомобилем. Контроллер определяет скорость автомобиля по частоте импульсов.
При выходе из строя датчика или его цепей контроллер заносит в свою память код неисправности и включает сигнализатор.
Датчик неровной дороги (ДНД) применяется в системе управления двигателем, выполненной под нормы токсичности Euro-3.
Датчик установлен в моторном отсеке на правой чашке брызговика.
датчик предназначен для измерения амплитуды колебаний кузова.
Принцип его работы основан на пьезоэффекте.
Возникающая при движении по неровной дороге переменная нагрузка на трансмиссию влияет на угловую скорость вращения коленчатого вала двигателя.
При этом колебания частоты вращения коленчатого вала похожи на аналогичные колебания, возникающие при пропусках воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя.
В этом случае для предупреждения ложного обнаружения пропусков воспламенения контроллер отключает эту функцию бортовой системы диагностики при превышении сигнала ДНД выше определенного порога.
При выходе из строя датчика или его цепей контроллер заносит в свою память код неисправности и включает сигнализатор.
При включении зажигания контроллер обменивается информацией с иммобилайзером (если он активирован), предназначенным для предотвращения несанкционированного пуска двигателя.
Если при обмене информацией установлено, что доступ к пуску двигателя, разрешен, контроллер продолжает функционировать. В противном случае пуск двигателя блокируется.
Блок управления иммобилайзера расположен внутри панели приборов.
Система зажигания состоит из катушки зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. При эксплуатации она не требует обслуживания и регулирования, за исключением замены свечей.
Четырехвыводная катушка зажигания представляет собой блок из двух катушек.
Управление током в первичных обмотках катушек осуществляется контроллером в зависимости от режима работы двигателя.
К выводам вторичных (высоковольтных) обмоток катушек подключены свечные провода: к одной обмотке — 1-го и 4-го цилиндров, к другой — 2-го и 3-го.
Таким образом, искра одновременно проскакивает в двух цилиндрах (1-4 или 2-З) в одном во время такта сжатия (рабочая искра), в другом — во время такта выпуска (холостая).
Катушка зажигания — неразборная, при выходе из строя ее заменяют.
Свечи зажигания А17ДВРМ или их аналоги, с помехоподавительным резистором сопротивлением 4—10 кОм и медным сердечником.
Зазор между электродами свечи — 1,0-1,1 мм.
Размер шестигранника под ключ — 21 мм.
В связи с постоянным направлением тока во вторичных обмотках катушки, ток искрообразования у каждой пары свечей, работающих одновременно, всегда протекает с центрального электрода на боковой — для одной свечи и с бокового электрода на центральный — для другой.
Электроэрозионный износ свечей пары будет разным.
Три предохранителя (по 15 А каждый) и диагностический разъем системы управления расположены под крышкой туннеля пола.
Предохранители и диагностический разъем системы управления двигателем: 1 - диагностический разъем; 2 - предохранитель силовой цепи главного реле; 3 - предохранитель силовой цепи реле электробензонасоса; 4 - предохранитель цепи постоянного питания контроллера
Кроме предохранителя в цепи питания системы управления двигателем предусмотрена плавкая вставка на конце провода красного цвета (подсоединенного к выводу «+» аккумуляторной батареи), выполненная в виде отрезка провода серого цвета сечением 1 мм.
Блок реле системы управления, состоящий из главного реле, реле электробензонасоса и реле электровентилятора системы охлаждения расположен под консолью панели приборов рядом с контроллером.
Блок реле системы управления: 1 - реле электровентилятора системы охлаждения; 2 - реле электробензонасоса; 3 - предохранитель (50 А) электровентилятора системы охлаждения; 4 - главное реле
При включении зажигания контроллер на 2 с запитывает реле электробензонасоса для создания необходимого давления в топливной рампе.
Если в течение этого времени проворачивание коленчатого вала стартером не началось, контроллер отключает реле и вновь включает после начала проворачивания.
Если зажигание включалось три раза подряд без проворачивания стартера коленчатого вала, то следующее включение реле электробензонасоса произойдет только с началом проворачивания.
При работе двигателя состав смеси регулируется длительностью управляющего импульса, подаваемого на форсунки (чем длиннее импульс, тем больше подача топлива).
При пуске двигателя контроллер обрабатывает сигнал датчика температуры охлаждающей жидкости для определения необходимой для пуска длительности импульсов впрыска.
Во время пуска двигателя топливо подается в цилиндры двигателя «асинхронно» — независимо от положения коленчатого вала.
Как только обороты коленчатого вала двигателя достигнут определенной величины (зависящей от температуры охлаждающей жидкости), контроллер формирует фазированный импульс включения форсунок — топливо подается в цилиндры «синхронно» ( в зависимости от положения коленчатого вала).
При этом контроллер по информации, полученной от датчиков рассчитывает момент включения каждой форсунки: топливо впрыскивается один раз за один полный цикл соответствующего цилиндра.
При отсутствии сигнала датчика положения коленчатого вала (вал не вращается или неисправен датчик и его цепи) контроллер отключает подачу топлива в цилиндры.
Подача топлива отключается и при выключенном зажигании, что предотвращает самовоспламенение смеси в цилиндрах двигателя.
В случае определения контроллером пропусков воспламенения топливовоздушной смеси в одном или нескольких цилиндрах, подача топлива в эти цилиндры прекращается, и сигнализатор неисправности системы управления начинает мигать.
Во время торможения двигателем (при включенных передаче и сцеплении), когда дроссельная заслонка полностью закрыта, а частота вращения коленчатого вала двигателя велика, впрыск топлива в цилиндры не производится для снижения токсичности отработавших газов.
При падении напряжения в бортовой цепи автомобиля контроллер увеличивает время накопления энергии в катушке зажигания (для надежного поджигания горючей смеси) и длительности импульса впрыска (для компенсации увеличения времени открытия форсунки).
При возрастании напряжения в бортовой сети время накопления энергии в катушке зажигания и длительность импульса уменьшаются.
Контроллер управляет включением электровентилятора системы охлаждения (через реле) в зависимости от температуры двигателя, частоты вращения коленчатого вала и работы кондиционера (если он установлен).
Электровентилятор системы охлаждения включается, если температура охлаждающей жидкости превысит допустимое значение.
В системе управления двигателем выполненной под нормы токсичности Euro-3, используется два реле включения электровентилятора.
В зависимости от условий работы двигателя и кондиционера контроллер может включить электровентилятор на высокую скорость или на низкую — через другое реле и дополнительный резистор
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 контроллера. Перед сушкой автомобиля в сушильной камере (после покраски) снимите контроллер.
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.