Общее описание электронной системы управления двигателей ЯМЗ-5340, ЯМЗ-536.

Общее описание электронной системы управления двигателей ЯМЗ-5340, ЯМЗ-536.

ВНИМАНИЕ! ЛЮБЫЕ ВМЕШАТЕЛЬСТВА В РАБОТУ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИЛИ ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ СОПРЯЖЕНЫ С ОПАСНОСТЬЮ И МОГУТ ПРИВЕСТИ К ТРАВМАМ (ВПЛОТЬ ДО СМЕРТЕЛЬНЫХ) И/ИЛИ К ПОВРЕЖДЕНИЯМ ДВИГАТЕЛЯ. ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ С ЭСУД НЕОБХОДИМО ОТКЛЮЧИТЬ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ. ДЛЯ ЭТОГО ПОВЕРНУТЬ КЛЮЧ В ВЫКЛЮЧАТЕЛЕ ПРИБОРОВ И СТАРТЕРА В ПОЛОЖЕНИЕ «0» И ОТКЛЮЧИТЬ «МАССУ», НАЖАВ КНОПКУ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕМ АКБ НЕ РАНЕЕ, ЧЕМ ЧЕРЕЗ 30 СЕКУНД ПОСЛЕ ОСТАНОВКИ ДВИГАТЕЛЯ.

Электронная система управления двигателем (ЭСУД или EDC – Electronic Diesel Control) позволяет точно и дифференцированно регулировать параметры процесса впрыскивания топлива, что обеспечивает выполнение многочисленных требований, которые ставятся перед современными двигателями.

Снижение расхода топлива и содержания вредных веществ (NO_x – оксиды азота, СО – окись углерода, СН – углеводороды, твердых частиц) в отработавших газах с одновременным повышением мощностных и экономических показателей двигателя являются главными задачами, стоящими перед разработчиками двигателей. Кроме того, большое влияние на развитие современных двигателей оказывают возросшие требования к уровню комфорта современных транспортных средств (ТС). Ограничения по уровню шума работы двигателя также постоянно ужесточаются.

В результате возросли требования к системам управления двигателем и впрыска топлива в области:

• высоких давлений впрыскивания;
• формирования процесса впрыскивания;
• предварительного и, при необходимости, дополнительного впрыскивания;
• регулирования количества впрыскиваемого топлива, давления наддувочного воздуха и момента начала впрыска в зависимости от условий работы двигателя;
• подачи дополнительного количества топлива при пуске двигателя в зависимости от температуры окружающего воздуха;
• регулирования частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя на холостом ходу независимо от нагрузки;
• регулирования рециркуляции отработавших газов;
• регулирования скорости движения ТС;
• высокой точности регулирования момента начала впрыскивания и количества впрыскиваемого топлива на протяжении всего срока службы двигателя.

ЭСУД способна обеспечить выполнение всех вышеупомянутых требований, благодаря применению микропроцессоров.

ЭСУД может обрабатывать в реальном времени большое количество параметров. Она может быть частью всей бортовой электронной системы ТС. Комплексная электронная система, благодаря развитию электроники, размещается в миниатюрном блоке управления.

В отличие от механических систем регулирования, где водитель, нажимая педаль акселератора, непосредственно задает цикловую подачу, в ЭСУД задается величина крутящего момента, при этом в ЭБУ передается положение педали акселератора. Запрошенная водителем величина крутящего момента корректируется, исходя из текущего режима работы двигателя и показаний датчиков системы. В калибровочных таблицах программного обеспечения ЭБУ заложены характеристики впрыска, такие как начало подачи топлива, ее величина, давление и различные корректирующие факторы (температурный режим и текущие ограничения) для каждой порции топлива (пилотная или предварительное впрыскивание, основная и поствпрыск или дополнительное впрыскивание).

Электронная система двигателя может интегрироваться в единую бортовую сеть управления автомобилем, что позволяет, например, снижать крутящий момент двигателя при переключении передач в автоматической коробке или изменять его при пробуксовке колес, отключать устройство блокировки движения и т.д. Она соответствует всем требованиям протоколов диагностики OBD (On-Board Diagnostic– система бортовой диагностики) и EOBD

(Европейский протокол OBD для получения информации о неисправностях двигателя, связанных с отработавшими газами).

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭСУД.

Электронная система управления двигателем состоит из трех блоков:

• Датчики и задающие устройства 2, 4регистрируют условия эксплуатации (например, частоту вращения коленчатого вала) и задаваемые величины (например, датчик положения педали акселератора). Они преобразуют физические величины в электрические сигналы. Информация о работе систем двигателя передается на электронный блок управления – это входные сигналы.
• Электронный блок управления (ЭБУ) 1 обрабатывает сигналы датчиков и задающих устройств по калибровочным таблицам. Он управляет исполнительными механизмами с помощью электрических выходных сигналов. Кроме того, ЭБУ взаимодействует с другими системами автомобиля 5–7, а также участвует в его диагностике 8.
• ЭБУ контролирует все текущие эксплуатационные режимы двигателя. При выходе из допустимых пределов какого-либо из параметров двигателя ЭБУ немедленно дает соответствующее управляющее действие.
• Исполнительные механизмы 3 преобразуют электрические выходные сигналы блока управления в действие механических устройств (например, клапана-дозатора ТНВД, положения заслонки рециркуляции отработавших газов), управляющих впрыском топлива.

ЭСУД обеспечивает самодиагностику работы электронного блока управления, датчиков и некоторых других устройств ТС. ЭСУД постоянно проверяет сигналы всех соединенных с ЭБУ датчиков и исполнительных механизмов по таким параметрам, как выход за границы рабочей области, нарушение контакта, короткие замыкания на «массу» или устойчивость по отношению к другим сигналам.

При обнаружении отклонений параметров работы двигателя от запрограммированных предельных значений загорается лампа «ДИАГНОСТИКА» и/или диагностический код отображается на электронном диагностическом устройстве, устанавливаемых на панели приборов ТС.

ЭСУД при определенных условиях может выполнять следующие действия:

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ, ОГРАНИЧЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ и/или ВЕЛИЧИНЫ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ДВИГАТЕЛЯ и ОСТАНОВ ДВИГАТЕЛЯ.

После поворота ключа Выключателя приборов и стартера в положение «I» ЭБУ двигателя производит диагностику ЭСУД. При исправной системе лампа диагностики ЭСУД на приборной панели ТС должна кратковременно загореться (на 1-2 с) и погаснуть.

ВНИМАНИЕ! ЕСЛИ СИГНАЛЬНАЯ ЛАМПА ГОРИТ И НЕ ГАСНЕТ, ТО В ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ИМЕЕТСЯ НЕИСПРАВНОСТЬ, КОТОРУЮ НЕОБХОДИМО УСТРАНИТЬ.

Коды неисправностей могут быть двух видов: активные и неактивные.

Большинство диагностических кодов регистрируются и хранятся в памяти ЭБУ.

Структурная схема электронной системы управления двигателем семейства ЯМЗ-530.

Система бортовой диагностики (БД) двигателей ЯМЗ-5340, ЯМЗ-536.

Система бортовой диагностики (БД) двигателей ЯМЗ-5340, ЯМЗ-536.

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ БОРТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ.

Постановление правительства об утверждении технического регламента “О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ” и Правил ЕЭК ООН № 49 пересмотр 5 определяют ключевые требования к экологичности выпускаемых двигателей. В соответствии с этими документами дизельные двигатели должны обеспечивать определенный уровень выбросов вредных веществ с ОГ, соответствующий экологическому классу. Данное требование также распространяется и на двигатели, находящиеся в эксплуатации. Таким образом, для подтверждения соответствия экологическим требованиям в процессе всего срока службы, обязательным является наличие системы бортовой диагностики (БД). Данная система должна обладать следующими основными функциями:

• Диагностика компонентов, нарушение в работе которых приводит к увеличению выбросов вредных веществ.
• Хранение кодов неисправностей.
• Информирование водителя о наличии неисправностей в системе управления двигателем при помощи диагностической лампы (MIL).
• Обеспечение стандартизованного интерфейса для работы с диагностическим оборудованием.

ПЕРЕЧЕНЬ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛИРУЕМЫХ СИСТЕМОЙ БД.

СИСТЕМЫ И КОМПОНЕНТЫ ДВИГАТЕЛЯ.

• Датчик давления и температуры наддувочного воздуха. Контролирует давление и температуру наддувочного воздуха до смешивания с рециркулируемыми газами.
• Датчик температуры воздуха. Контролирует температуру смеси после смешивания наддувочного воздуха и рециркулируемых газов.
• Датчик давления и температуры масла. Контролирует давление и температуру масла.
• Датчик температуры охлаждающей жидкости. Контролирует температуру охлаждающей жидкости.
• Датчик атмосферного давления. Контролирует атмосферное давление.
• Датчик положения педали акселератора. Контролирует положение педали акселератора.
• Система наддува.
• Охладитель наддувочного воздуха (ОНВ);
• Таймер электронного блока управления двигателем.

ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА.

• Датчик давления топлива в рампе. Контролирует давления топлива в контуре высокого давления (в рампе), см. п. 1.4.9.
• Датчик давления и температуры топлива. Контролирует давление и температуру топлива в контуре низкого давления перед фильтром тонкой очистки топлива.
• Датчик частоты вращения коленчатого вала. Контролирует частоту вращения коленчатого вала, синхронизацию с датчиком частоты вращения распределительного вала.
• Датчик частоты вращения распределительного вала (датчик фазы). Контролирует частоту вращения распределительного вала, синхронизацию с датчиком частоты вращения коленчатого вала.
• Дозирующее устройство с электромагнитным клапаном. Осуществляет регулирование давления в рампе путем управления производительностью топливного насоса высокого давления.
• Форсунка. Контролируется время активации электромагнитного клапана, цикловая подача.

СИСТЕМА ОГРАНИЧЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА.

• Клапан заслонки EGR (пропорциональный). Регулирует давление сжатого воздуха в пневмоцилиндре заслонки рециркуляции ОГ.
• Датчик положения заслонки рециркуляции ОГ. Используется системой для контроля потока рециркулируемых газов.
• Радиатор отработавших газов.
• Датчик давления и температуры наддувочного воздуха, установленный на впуске до смешивания с рециркулируемыми газами.
• Датчик температуры воздуха (смеси), установленный на впуске после смешивания с рециркулируемыми газами. Используется для контроля эффективности радиатора отработавших газов.

СИСТЕМА ОГРАНИЧЕНИЯ ВЫБРОСОВ «ТВЕРДЫХ» ЧАСТИЦ.

• Сажевый фильтр.
• Датчик дифференциального давления.

ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ СИСТЕМЫ БД.

Система БД производит мониторинг систем двигателя, нарушение работы которых приводит к увеличению выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

• «Нестираемая». Предусмотрен для ошибок, связанных с превышением уровня NOx. Время хранения кода (неактивной) ошибки составляет 400 суток или 9600 часов работы двигателя, код не может быть удален при помощи диагностического прибора.
• «Стираемая». Для прочих ошибок (перепад давления на сажевом фильтре и ошибки электрического питания датчиков и исполнительных механизмов). Время хранения кода (неактивной) ошибки составляет 40 циклов прогрева или 100 часов.

Основные состояния ошибок при их регистрации ЭБУ:

• – ошибки отсутствуют;
• 1 – ошибки обнаружены и проходят проверку;
• 2 – ошибки подтверждены и сохранены как активные (при этом активируется лампа MIL);
• 3 – ошибки сохранены как неактивные (лампа MIL деактивируется).

Переход из состояния 1 в состояние 2 – если ошибка подтвердилась в течение 3-х запусков или ездовых циклов (в зависимости от ошибки). Переход из состояния 2 в состояние 3 – если неисправность не фиксировалась в течение одного рабочего цикла. Переход из состояния 3 в состояние – согласно классу ошибки (Стираемая/Нестираемая).

Код неисправности сохраняется для каждой зафиксированной и подтвержденной неисправности, при этом активизируется лампа MIL. Код неисправности однозначно определяет проблемную систему, либо компонент двигателя.

Система БД отвечает функциональным требованиям, приведенным в ISO 15031.

КОНТРОЛЬ СИСТЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА.

На двигателях экологического уровня Евро-4 производства ОАО «Автодизель» для нейтрализации оксидов азота применяется система рециркуляции отработавших газов (EGR). Для контроля работоспособности системы EGR (соответствие действительного положения заслонки заданному) используется датчик положения заслонки EGR. Контролируемые параметры: отклонение положения заслонки EGR от заданного положения, целостность электрической цепи.

Для контроля эффективности радиатора ОГ применяется датчик температуры воздуха (смеси наддувочного воздуха и рециркулируемых газов). Контролируемый параметр: температура смеси.

Для распознавания ситуаций, связанных с блокировкой потока рециркулируемых газов, используется величина разности температур наддувочного воздуха до и после смешивания с рециркулируемыми газами. Контролируемые параметры: температура наддувочного воздуха (до смешивания с рециркулируемыми газами) и температура смеси (после смешивания).

Система БД контролирует систему EGR на предмет серьезного функционального несрабатывания, которое включает в себя:

• полный демонтаж системы или изменение ее конструкции;
• неисправность клапана заслонки EGR (пропорциональный клапан);
• неисправность датчика положения заслонки EGR;
• неисправность датчика температуры воздуха;
• неисправность датчика давления и температуры наддувочного воздуха;
• недостаточная эффективность радиатора отработавших газов.

Если сбой фиксируется, его код сохраняется с указанием точной причины сбоя. В случае неисправностей, касающихся превышения выбросов оксидов азота, система БД удовлетворяет требованиям регулирующего документа, касающихся нестираемых кодов сбоя и ограничителей крутящего момента.

КОНТРОЛЬ СИСТЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ВРЕДНЫХ ЧАСТИЦ.

На двигателях экологического уровня Евро-4 производства ОАО «Автодизель» для нейтрализации «твердых» частиц применяется сажевый фильтр. Для контроля работоспособности сажевого фильтра используется датчик дифференциального давления. Контролируемый параметр: перепад давления на сажевом фильтре.

Система БД контролирует систему ограничения выбросов «твердых» частиц на предмет серьезного функционального несрабатывания, что, в свою очередь, включает:

• удаление сажевого фильтра;
• засорение отложениями золы сажевого фильтра;
• неисправность датчика дифференциального давления.

КОНТРОЛЬ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ.

Система БД контролирует электронные компоненты на предмет обрыва электрических цепей, оценивает работоспособность отдельных компонентов и систему топливоподачи в целом.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСЧЕТНОГО МЕТОДА (АЛГОРИТМА) ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА.

Контроль выбросов NOx с отработавшими газами двигателя осуществляется косвенным путем посредством мониторинга компонентов системы EGR. В случае положительного отклонения регулируемого параметра (положение штока заслонки) от заданного значения свыше установленного предела, диагностируется ошибка, связанная с превышением выбросов NOx.

Снижение эффективности радиатора отработавших газов и/или ОНВ также приводит к увеличению выбросов NOx с ОГ, поэтому программный мониторинг, реализованный в программном обеспечении ЭБУ, включает слежение за температурой наддувочного воздуха. При превышении предельного значения температуры (соответствующего величине вредных выбросов NOx с ОГ больше порогового значения, указанного в требованиях к системе БД), диагностируется ошибка.

Прочие неисправности, приводящие к блокировке потока рециркулируемых газов, определяются путем контроля перепада температур между датчиками наддувочного воздуха до и после смешивания с рециркулируемыми газами.

Уровень выбросов, соответствующий определенной неисправности, соотносится с выбросами оксидов азота по испытательному циклу (ESC) с целью определения момента превышения порогового значения удельных выбросов для системы БД.

ОГРАНИЧИТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА.

Система БД активирует ограничитель крутящего момента немедленно после выявления следующих неисправностей:

• любая неисправность, которая приводит к превышению оксидов азота более 5 г/кВт·ч при измерении по циклу ESC;
• любая неисправность любого компонента, используемого для обеспечения работоспособности системы контроля оксидов азота (например, система EGR).

Система БД должна вводить в действие ограничитель момента, если любая неисправность любого компонента, используемого для проверки системы контроля оксидов азота, сохраняется в течение 50 часов.

Если система БД определила необходимость ввода в действие ограничителя крутящего момента, последний должен быть задействован, когда скорость ТС равна нулю.

Ограничитель крутящего момента должен быть отключен, когда условий его активации больше не существует и двигатель работает на холостом ходу.

ОПИСАНИЕ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ.

Если ограничитель крутящего момента введен в действие, то крутящий момент двигателя не должен превышать следующих величин (в соответствии с текстом Правил ЕЭК ООН № 49 рев. 5:

• 60% от максимального крутящего момента двигателя для транспортных средств категорий N3 > 16 тонн, M1 > 7,5 тонн, M3/III и M3/B > 7,5 тонн [1] ;
• 75% от максимального крутящего момента двигателя для транспортных средств категорий N1, N2, N3 ≤ 16 тонн, 3,5 [1] Категории ТС:

• M – ТС, имеющие не менее четырех колес и используемые для перевозки пассажиров;
• N – ТС, используемые для перевозки грузов – автомобили грузовые и их шасси.

Цифра, 16 тонн, указывает технически допустимую максимальную массу ТС.

Ограничителем крутящего момента не оснащаются двигатели или транспортные средства, предназначенные для использования вооруженными силами, аварийноспасательными службами, противопожарными службами и службами скорой медицинской помощи. Отключение функции ограничения мощности производится только изготовителем двигателя или ТС, причем для целей надлежащей идентификации в рамках семейства двигателей предусматривается особый тип двигателя.

ЛАМПА СИГНАЛИЗАЦИИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ БД.

Лампа сигнализации неисправностей (MIL – Malfunction Indicator Lamp) устанавливается производителем ТС на приборную панель. Лампа MIL информирует водителя о неисправности того или иного компонента.

ДАТЧИКИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ СИСТЕМЫ БД.

Для контроля выбросов вредных веществ в ОГ на двигатели семейства ЯМЗ-530 с системой БД дополнительно устанавливаются два датчика: датчик температуры воздуха и датчик дифференциального давления. Последний датчик измеряет перепад давления сажевого фильтра и может быть закреплен как на двигателе (место согласовывается с производителем ТС), так и на шасси ТС (в этом случае он прикладывается к двигателю).