На двигуні ВАЗ-21114 застосовано систему розподіленого фазованого упорскування: паливо подається форсунками в кожен циліндр по черзі відповідно до порядку роботи циліндрів двигуна
Електронна система керування двигуном (ЕСУД) складається з контролера, датчиків параметрів роботи двигуна та автомобіля, а також додаткових пристроїв.
Контролер системи упорскування є центральним пристроєм системи керування двигуном.
Схема електронної системи керування двигуном: 1 - акумуляторна батарея; 2 – головне реле; 3 – замок запалювання; 4 - блок керування іммобілайзера; 5-датчик швидкості; 6 – діагностичний датчик кисню; 7 - датчик покладе колінчастого валу; 8 - катколектор; 9 - керуючий датчик кисню; 10 – повітряний фільтр; 11 - діагностичний роз'єм (колодка діагностики); 12 – тахометр; 13 - датчик масової витрати повітря; 14 – спідометр; 15 - датчик положення дросель заслінки; 16 – регулятор холостого ходу; 17 - сигналізатор несправності системи керування двигуном; 18 – паливна рампа; 19 – форсунка; 20 – датчик нерівної дороги; 21 - котушка запалювання; 22 - контролер; 23 - датчик температури охолоджувальної рідини; 24 - датчик фаз; 25 – свічка запалювання; 26 - датчик детонації; 27 – електровентилятор системи охолодження; 28 - електровентилятор системи охолодження; 29 - паливний фільтр; 30 - реле електробензонасоса; 31 - паливний модуль
Контролер прикріплений до корпусу обігрівача знизу, під панеллю приладів.
Контролер отримує інформацію від датчиків і керує виконавчими пристроями, такими як паливні форсунки, котушка запалювання, регулятор холостого ходу, нагрівальний елемент датчика концентрації кисню, електромагнітний клапан продувки адсорбера, електровентилятор системи охолодження та різні реле системи.
При включенні запалення контролер включає головне реле, через яке напруга живлення підводиться до елементів системи (крім електробензонасоса, котушки запалення, електровентилятора, блоку керування та сигналізатора стану іммобілайзера).
Елементи електронної системи керування двигуном: 1 - свічка запалювання; 2 - датчик положення колінчастого валу; 3 – датчик концентрації кисню; 4 – датчик детонації; 5 - контролер та блок реле системи управління; 6 - діагностичний роз'єм та блок запобіжників; 7 – сигналізатор несправності; 8 - датчик положення дросельної заслінки; 9 – датчик фаз; 10 - датчик температури охолоджувальної рідини; 11 – датчик швидкості; 12 - датчик масової витрати повітря; 13 - котушка запалювання
При вимкненні запалення контролер затримує вимикання головного, реле на час, необхідне для підготовки до наступного включення (для завершення обчислень, встановлення регулятора холостого ходу, управління електровентилятором системи охолодження).
Контролер є міні-комп'ютером спеціального призначення.
Він містить три види пам'яті - оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП), програмований постійний запам'ятовуючий пристрій (ППЗУ) і електрично репрограмований запам'ятовуючий пристрій (ЕРПЗУ).
ОЗП використовується мікропроцесором для тимчасового зберігання поточної інформації про роботу двигуна (вимірюваних параметрів) та розрахункових даних.
Також в ОЗУ записуються коди несправностей.
Ця пам'ять енергозалежна, тобто при припиненні живлення (відключення акумуляторної батареї або від'єднання від контролера джгута проводів) її вміст стирається.
У ППЗУ зберігається програма управління, яка містить послідовність робочих команд (алгоритм) та калібрувальні дані (налаштування).
Таким чином, ППЗУ визначає найважливіші параметри роботи двигуна: характер зміни моменту та потужності, витрата палива тощо. ППЗУ енергонезалежний, тобто його вміст не змінюється при відключенні живлення.
ЕРПЗУ використовується для зберігання ідентифікаторів контролера, двигуна та автомобіля (записуються коди іммобілайзера під час навчання ключів) та інших службових кодів.
Крім того, в ЕРПЗУ записуються експлуатаційні параметри (загальний пробіг автомобіля та час роботи двигуна, загальна витрата палива), а також порушення режимів роботи двигуна та автомобіля (час роботи двигуна: з перегрівом, на низькоок тановому паливі, з перевищенням максимально допустимих оборотів, несправними датчиками детонації, концентрації кисню та швидкості).
ЕРПЗУ є енергонезалежною пам'яттю і може зберігати інформацію за відсутності живлення контролера.
Контролер також виконує діагностичні функції системи керування двигуном (бортова система діагностики).
Контролер визначає наявність несправностей елементів системи керування, включає сигналізатор несправності у комбінації приладів та зберігає у своїй пам'яті коди несправностей.
При виявленні несправності, щоб уникнути негативних наслідків (прогорання поршнів через детонацію, пошкодження каталітичного нейтралізатора у разі виникнення пропусків займання паливоповітряної суміші, перевищення граничних значень щодо токсичності відпрацьованих газів тощо), контролер переводить систему на аварійні режими.
Сутність їх полягає в тому, що при виході з ладу будь-якого датчика або його ланцюга контролер для керування двигуном застосовує заміщувальні дані, що зберігаються в ППЗУ.
Сигналізатор несправності системи керування двигуном розташований у комбінації приладів.
Якщо система справна, то при включенні запалення сигналізатор повинен спалахнути — таким чином, ЕСУД перевіряє справність сигналізатора та ланцюга керування.
Після запуску двигуна сигналізатор повинен згаснути, якщо в пам'яті контролера відсутні умови його включення.
Увімкнення сигналізатора під час роботи двигуна інформує водія про те, що бортова система діагностики виявила несправність, і подальший рух автомобіля відбувається в аварійному режимі.
При цьому можуть погіршитися деякі параметри роботи двигуна (потужність, прийомистість, економічність), але рух із такими несправностями можливий, і автомобіль може самостійно доїхати до СТО.
Єдиним винятком є датчик положення колінчастого валу, при несправності датчика або його ланцюгів двигун працювати не може.
Після усунення причин несправності сигналізатор буде вимкнений контролером через певний час затримки, протягом якого несправність не виявляється, і за умови, що в пам'яті контролера відсутні інші коди несправностей, які потребують увімкнення сигналізатора.
Коди несправностей (навіть якщо сигналізатор згас) залишаються в пам'яті контролера і можуть бути зчитані за допомогою діагностичного приладу DST-2M, що підключається до діагностичного роз'єму.
При видаленні кодів несправностей з пам'яті контролера за допомогою діагностичного приладу або відключення акумуляторної батареї (не менше ніж на 10 с) сигналізатор гасне.
Датчики системи впорскування видають контролеру інформацію про параметри роботи двигуна та автомобіля, на підставі яких він розраховує момент, тривалість та порядок відкриття паливних форсунок, момент та порядок іскроутворення.
Датчик положення колінчастого валу (ДПКВ) встановлений на корпусі масляного насоса.
Датчик видає контролеру інформацію про частоту обертання та кутове положення колінчастого валу.
Датчик — індуктивного типу, реагує на проходження поблизу свого сердечника зубів диска, що задає, об'єднаного зі шківом приводу генератора.
Зуби розташовані на диску з інтервалом 6˚. Для синхронізації з ВМТ поршнів 1 і 4 циліндрів два зуби з 60 зрізані, утворюючи западину.
При проходженні западини повз датчик у ньому генерується так званий опорний імпульс синхронізації.
Настановний зазор між сердечником і вершинами зубів повинен перебувати в межах 1±0,4 мм.
При обертанні диска, що задає, змінюється магнітний потік у магнітопроводі датчика — в його обмотці наводяться імпульси напруги змінного струму.
За кількістю та частотою цих імпульсів контролер розраховує фазу та тривалість імпульсів керування форсунками та котушкою запалювання.
Датчик фаз (ДФ) встановлений на заглушці головки блоку циліндрів.
Принцип дії датчика базується на ефекті Холла.
В отвір хвостовика розподільчого валу запресовано штифт.
Коли штифт валу проходить повз сердечник датчика, датчик видає на контролер імпульс напруги низького рівня (близько 0 В), що відповідає положенню поршня 1-го циліндра в кінці такту стиснення.
Сигнал датчика фаз контролер використовує для послідовного впорскування палива відповідно до порядку роботи циліндрів.
При виході з ладу датчика фаз контролер переходить в режим нефазованого впорскування палива.
Датчик температури охолоджуючої рідини (ДТОЖ) встановлений у випускному патрубку на головці блоку циліндрів.
Датчик є терморезистором з негативним температурним коефіцієнтом, тобто його опір зменшується при підвищенні температури.
Контролер подає на датчик через резистор (близько 2 кОм) стабілізовану напругу +5 В і за падінням напруги на датчику розраховує температуру охолоджуючої рідини, значення якої використовують у більшості функцій управління двигуном.
При виникненні несправностей ланцюгів ДТОЖ загоряється сигналізатор несправності системи керування двигуном, контролер включає вентилятор системи охолодження на постійний режим роботи та розраховує значення температури за обхідним алгоритмом.
Датчик положення дросельної заслінки (ДПДЗ) встановлений на осі дросельної заслінки і є резистором потенціометричного типу.
На один кінець його обмотки подається від контролера стабілізована напруга +5 В, а інший з'єднаний з «масою» контролера.
З третього виведення потенціометра (повзунка) знімається сигнал для контролера.
Періодично вимірюючи вихідну напругу сигналу ДПДЗ, контролер визначає поточне положення дросельної заслінки для розрахунку кута випередження запалення та тривалості імпульсів упорскування палива, а також для керування регулятором холостого ходу.
При виході з ладу ДПДЗ або його ланцюгів контролер включає сигналізатор несправності та розраховує ймовірне значення положення дросельної заслінки за частотою обертання колінчастого валу та масовою витратою повітря.
Датчик масової витрати повітря (ДМРВ) термоанемометричного типу розташований між повітряним фільтром та шлангом підведення повітря до дросельного вузла.
Залежно від витрати повітря напруга вихідного сигналу датчика змінюється від 1,0 до 5,0 В.
При виході з ладу датчика, контролер розраховує значення масової витрати повітря за частотою обертання колінчастого валу та розташування дросельної заслінки.
ДМРВ має вбудований датчик температури повітря (ДТВ), чутливим елементом якого є термістор, встановлений у потоці повітря.
Вихідний сигнал датчика змінюється в діапазоні від 0 до 5,0 В, залежно від температури повітря, що проходить через датчик.
При виникненні несправності ланцюга ДТВ контролер включає сигналізатор несправності та замінює показання датчика фіксованим значенням температури повітря (33˚С).
Датчик детонації (ДД) закріплений на передній верхній частині блоку циліндрів.
П'єзокерамічний чутливий елемент датчика генерує сигнал напруги змінного струму, амплітуда та частота якого відповідає параметрам вібрацій двигуна.
При виникненні детонації амплітуда вібрацій певної частоти зростає.
При цьому для гасіння детонації контролер коригує кут випередження запалення.
Керуючий датчик концентрації кисню (УДК) встановлено в катколекторі до каталітичного нейтралізатора відпрацьованих газів.
Контролер розраховує тривалість імпульсу впорскування палива за такими параметрами, як масова витрата повітря, частота обертання колінчастого валу, температура охолоджуючої рідини, положення дросельної заслінки.
За сигналом від УДК про наявність кисню в газах, що відпрацювали, контролер коригує подачу палива форсунками, так щоб склад відпрацьованих газів був оптимальним для ефективної роботи каталітичного нейтралізатора.
Кисень, що міститься у відпрацьованих газах, створює різницю потенціалів на виході датчика, що змінюється приблизно від 50 до 900 мВ.
Низький рівень сигналу відповідає бідній суміші (наявність кисню), а високий рівень — багатої (кисень відсутня).
Коли УДК знаходиться в холодному стані, вихідний сигнал датчика відсутній, тому що його внутрішній опір у цьому стані дуже високий — кілька МОм (система керування двигуном працює за розімкненим контуром).
Для нормальної роботи датчик концентрації кисню повинен мати температуру не нижче 300 ˚С, тому для швидкого прогріву після запуску двигуна в нього вбудований нагрівальний елемент, яким керує контролер.
У міру прогріву опір датчика падає, і він починає генерувати вихідний сигнал.
Контролер постійно видає в ланцюг датчика стабілізовану опорну напругу 450 мВ.
Поки датчик не прогріється, його вихідна напруга знаходиться в діапазоні від 300 до 600 мВ. При цьому контролер керує системою впорскування, не враховуючи напруги на датчику.
У міру прогрівання датчика його внутрішній опір зменшується, і він починає змінювати вихідну напругу, що виходить за межі зазначеного діапазону.
Тогда контролер відключає нагрівання датчика і починає враховувати сигнал датчика концентрації кисню для управління паливоподачею в режимі замкнутого контуру.
Датчик концентрації кисню може бути отруєний внаслідок застосування етилованого бензину або використання при складанні двигуна герметиків, що містять у великій кількості силікон (з'єднання кремнію) з високою леткістю.
Випари силікону можуть потрапити через систему вентиляції картера в камеру згоряння.
Присутність сполук свинцю або кремнію у відпрацьованих газах може призвести до виходу датчика з ладу.
У разі виходу з ладу датчика або його ланцюгів контролер включає сигналізатор несправності, заносить у свою пам'ять відповідний код несправності та керує паливоподачею по розімкнутому контуру.
Діагностичний датчик концентрації кисню (ДДК) застосовується у системі керування двигуном, виконаної під норми токсичності Euro-3.
ДДК встановлений у катколекторі після каталітичного нейтралізатора відпрацьованих газів.
Принцип роботи ДДК такий самий, як і УДК. сигнал, що генерується ДДК, вказує на наявність кисню у відпрацьованих газах після нейтралізатора.
Якщо нейтралізатор працює нормально, показання ДДК значно відрізнятимуться від показань УДК.
Напруга вихідного сигналу прогрітого ДДК при роботі в режимі замкнутого контуру та справному нейтралізаторі має знаходитися в діапазоні від 590 до 750 мВ.
При виникненні несправності датчика або його ланцюгів контролер заносить у свою пам'ять код несправності та включає сигналізатор.
Датчик швидкості автомобіля встановлений зверху на картері коробки передач.
Принцип його дії ґрунтується на ефекті Холла. Диск датчика, що задає, встановлений на коробці диференціала.
Датчик видає на контролер прямокутні імпульси напруги (нижній рівень — не більше 1 В, верхній — не менше 5 В) з частотою пропорційної швидкості обертання провідних коліс.
Кількість імпульсів датчика пропорційно шляху, пройденому автомобілем. Контролер визначає швидкість автомобіля за частотою імпульсів.
При виході з ладу датчика або його ланцюгів контролер заносить у свою пам'ять код несправності та включає сигналізатор.
Датчик нерівної дороги (ДНД) застосовується у системі керування двигуном, виконаної під норми токсичності Euro-3.
Датчик встановлений у моторному відсіку на правій чашці бризковика.
датчик призначений для вимірювання амплітуди коливань кузова.
Принцип його роботи ґрунтується на п'єзоефекті.
Змінне навантаження на трансмісію, що виникає під час руху нерівною дорогою, впливає на кутову швидкість обертання колінчастого валу двигуна.
При цьому коливання частоти обертання колінчастого валу схожі на аналогічні коливання, що виникають при пропусках займання паливоповітряної суміші в циліндрах двигуна.
У цьому випадку для попередження помилкового виявлення перепусток запалення контролер відключає цю функцію бортової системи діагностики при перевищенні сигналу ДНД вище за певний поріг.
При виході з ладу датчика або його ланцюгів контролер заносить у свою пам'ять код несправності та включає сигналізатор.
При включенні запалення контролер обмінюється інформацією з іммобілайзером (якщо він активований), призначеним для запобігання несанкціонованому запуску двигуна.
Якщо під час обміну інформацією встановлено, що доступ до пуску двигуна, дозволено, контролер продовжує функціонувати. В іншому випадку запуск двигуна блокується.
Блок управління іммобілайзера розташований усередині панелі приладів.
Система запалення складається з котушки запалення, високовольтних проводів та свічок запалювання. Під час експлуатації вона не потребує обслуговування та регулювання, за винятком заміни свічок.
Чотиривисновна котушка запалювання є блоком з двох котушок.
Керування струмом у первинних обмотках котушок здійснюється контролером залежно від режиму роботи двигуна.
До висновків вторинних (високовольтних) обмоток котушок підключені свічкові дроти: до однієї обмотки — 1-го та 4-го циліндрів, до іншої — 2-го та 3-го.
Таким чином, іскра одночасно проскакує у двох циліндрах (1-4 або 2-З) в одному під час такту стиснення (робоча іскра), в іншому — під час такту випуску (холостий).
Котушка запалювання — нерозбірна, при виході з ладу її замінюють.
Свічки запалювання А17ДВРМ або їх аналоги, з перешкододавчим резистором опором 4—10 кОм та мідним сердечником.
Зазор між електродами свічки — 1,0-1,1 мм.
Розмір шестигранника під ключ - 21 мм.
У зв'язку з постійним напрямком струму у вторинних обмотках котушки, струм іскроутворення у кожної пари свічок, що працюють одночасно, завжди протікає з центрального електрода на бічній — для однієї свічки та з бокового електрода на центральний — для іншої.
Електроерозійне знос свічок пари буде різним.
Три запобіжники (по 15 А кожен) та діагностичний роз'єм системи управління розташовані під кришкою тунелю підлоги.
Запобіжники та діагностичний роз'єм системи керування двигуном: 1 - діагностичний роз'єм; 2 - запобіжник силового ланцюга головного реле; 3 - запобіжник силового ланцюга реле електробензонасоса; 4 - запобіжник ланцюга постійного живлення контролера
Крім запобіжника в ланцюгу живлення системи керування двигуном передбачена плавка вставка на кінці дроту червоного кольору (під'єднаного до виведення «+» акумуляторної батареї), виконана у вигляді відрізка дроту сірого кольору перетином 1 мм.
Блок реле системи керування, що складається з головного реле, реле електробензонасоса та реле електровентилятора системи охолодження, розташований під консоллю панелі приладів поряд з контролером.
Блок реле системи керування: 1 - реле електровентилятора системи охолодження; 2 - реле електробензонасоса; 3 – запобіжник (50 А) електровентилятора системи охолодження; 4 - головне реле
При включенні запалювання контролер на 2 с запитує реле електробензонасоса для створення необхідного тиску в паливній рампі.
Якщо протягом цього часу прокручування колінчастого валу стартером не почалося, контролер відключає реле і знову вмикає після початку прокручування.
Якщо запалювання включалося три рази поспіль без провертання стартера колінчастого валу, то наступне включення реле електробензонасоса відбудеться лише з початком провертання.
Під час роботи двигуна склад суміші регулюється тривалістю керуючого імпульсу, що подається на форсунки (чим довший імпульс, тим більше подача палива).
Під час пуску двигуна контролер обробляє сигнал датчика температури охолоджуючої рідини для визначення необхідної для пуску тривалості імпульсів упорскування.
Під час запуску двигуна паливо подається в циліндри двигуна «асинхронно» — незалежно від положення колінчастого валу.
Як тільки оберти колінчастого валу двигуна досягнуть певної величини (залежної від температури охолоджуючої рідини), контролер формує фазований імпульс включення форсунок - паливо подається в циліндри «синхронно» (залежно від положення колінчастого валу).
При цьому контролер за інформацією, отриманою від датчиків, розраховує момент включення кожної форсунки: паливо впорскується один раз за один повний цикл відповідного циліндра.
При відсутності сигналу датчика положення колінчастого валу (вал не обертається або несправний датчик та його ланцюги) контролер відключає подачу палива в циліндри.
Подача палива вимикається і при вимкненому запаленні, що запобігає самозайманню суміші в циліндрах двигуна.
У разі визначення контролером пропусків займання паливоповітряної суміші в одному або кількох циліндрах, подача палива в ці циліндри припиняється, і сигналізатор несправності системи управління починає блимати.
Під час гальмування двигуном (при включених передачі та зчепленні), коли дросельна заслінка повністю закрита, а частота обертання колінчастого валу двигуна велика, упорскування палива в циліндри не проводиться для зниження токсичності газів, що відпрацювали.
При падінні напруги в бортовому ланцюгу автомобіля контролер збільшує час накопичення енергії в котушці запалювання (для надійного підпалювання паливної суміші) та тривалості імпульсу впорскування (для компенсації збільшення часу відкриття форсунки).
При збільшенні напруги в бортовій мережі час накопичення енергії в котушці запалювання та тривалість імпульсу зменшуються.
Контролер керує включенням електровентилятора системи охолодження (через реле) залежно від температури двигуна, частоти обертання колінчастого валу та роботи кондиціонера (якщо він встановлений).
Електровентилятор системи охолодження включається, якщо температура рідини, що охолоджує, перевищить допустиме значення.
У системі керування двигуном виконаної під норми токсичності Euro-3, використовується два реле включення електровентилятора.
Залежно від умов роботи двигуна та кондиціонера контролер може включити електровентилятор на високу швидкість або на низьку через інше реле та додатковий резистор
При обслуговуванні та ремонті системи керування двигуном завжди вимикайте запалювання (у деяких випадках необхідно від'єднати клему дроту від мінусового виведення акумуляторної батареї).
При проведенні зварювальних робіт на автомобілі від'єднуйте джгути проводів системи керування двигуном від контролера. Перед сушінням автомобіля в сушильній камері (після фарбування) зніміть контролер.
На двигуні, що працює, не від'єднуйте та не поправляйте колодки джгута проводів системи управління двигуном, а також клеми проводів на виводах акумуляторної батареї.
Не пускайте двигун, якщо клеми проводів на виводах акумуляторної батареї та наконечники масових проводів на двигуні не закріплені або забруднені.
