Бортовая диагностическая система (БД система) семейства ЯМЗ-530 CNG.

Бортовая диагностическая система (БД система) семейства ЯМЗ-530 CNG.

НАЗНАЧЕНИЕ БД СИСТЕМЫ.

Первоначально, в момент зарождения в США, система бортовой диагностики OBD II была совсем не сложной. Она относилась к датчику кислорода, системе рециркуляции отработавших газов (EGR), системе подачи топлива и блоку управления двигателем в той части, которая касается превышения норм для выхлопных газов. Система не требовала единообразия от производителей. Каждый из них реализовывал собственную процедуру контроля выбросов отработавших газов и диагностики. Системы мониторинга отработавших газов не были эффективными, поскольку их создали как дополнение к автомобилям, уже находящимся в производстве. Это усложняло задачи автосервиса, так как приходилось иметь диагностические приборы, описания кодов и инструкции по ремонту для автомобилей каждого производителя.

Диагностика на основе OBD II – это не система управления двигателем, а набор правил и требований, которые должен соблюдать каждый производитель для того, чтобы система управления двигателем удовлетворяла федеральным нормам по составу отработавших газов.

Для нормирования экологических показателей ТС и двигателей Россия применяет специальный технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», который базируется на Правилах ООН. В других странах для этих же целей используется протокол OBD II или EOBD.

Основные требования к выбросам вредных веществ автомобилями и двигателями установлены в Правилах ООН №№ 49 (грузовые автомобили и автобусы) и 96 (дизели сельскохозяйственных и лесных тракторов, внедорожных транспортных средств). Указанные документы постоянно и весьма оперативно пересматриваются, дополняются и модернизируются.

С 03.02.2009 г. вступили в действие Правила ООН № 49-05 с 5 серией поправок, в которых, в первую очередь, отражены требования в отношении:

• бортовой диагностической системы;
• надежности в отношении экологических показателей;
• процедур и методов контроля установленных требований в эксплуатации.

В соответствии с этими документами, 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 бортовой диагностической системы (БД системы).

БД система должна информировать водителя о наличии неисправности, если превышены предельные значения выбросов. Требования БД системы установлены для ТС и двигателей, начиная с уровня Евро-4. Предельные значения выбросов для ТС и двигателей, превышение которых воспринимается как неисправность, составляют: NOх – 7 г/кВт·ч; частицы – 0,1 г/кВт·ч.

БД система должна индицировать основные функциональные неисправности каталитических нейтрализаторов.

Специальные меры предписаны в отношении защиты системы управления двигателем от неавторизированного вмешательства. В частности, компоненты электронного блока управления должны помещаться в защищенный корпус и защищаться специальными алгоритмами.

Особое внимание уделено контролю выбросов NOх, который должен осуществляться с помощью датчиков, установленных в системе выпуска отработавших газов. В соответствии с требованием Правил ООН № 49-05 B2 (G) превышение выбросов NOх более 3,5 г/кВт·ч по циклу испытаний ESC должно приводить к включению лампы ИС. Код неисправности и момент ее возникновения должны быть сохранены в памяти БД системы. Такие неисправности, как «неправильный» расход рециркулируемых отработавших газов в системе рециркуляции должны идентифицироваться БД системой в обязательном порядке.

В случае превышения предельного значения выбросов NOx 7 г/кВтч и эксплуатации транспортного средства с неисправностью в течение 36 часов БД система ограничивает крутящий момент двигателя до 75 – 60% максимального значения, в зависимости от категории транспортного средства. Кроме того, мониторингу подвергается целостность электрических контуров системы контроля выбросов, «наличие–отсутствие» элементов контроля выбросов (датчика кислорода, датчика дифференциального давления (расхода) рециркулируемых отработавших газов).

Основным элементом любой БД системы является электронный блок управления (ЭБУ) или бортовой процессор, чаще называемый электронным модулем управления (ECM). ЭБУ является мозгом системы управления двигателем. Исходные данные, а также сигналы зарегистрированных отказов и нарушений поступают в ЭБУ от различных информационных датчиков и других электронных компонентов (выключателей, реле и т.д.). Коды зарегистрированных неисправностей фиксируются в памяти ЭБУ.

Кроме обработки, получаемых сигналов, в ЭБУ предусмотрена также функция самодиагностики с обратной связью, позволяющая минимизировать эффект ошибок входных и выходных сигналов ЭБУ.

Главное отличие самодиагностики БД системы от всех других – это жёсткая ориентация на токсичность, являющуюся неотъемлемой составляющей эксплуатации любого ТС.

Поскольку не все системы ТС и не все неисправности двигателя имеют прямое влияние на токсичность, то это сужает сферу действия БД системы. Но, с другой стороны, самым сложным и самым важным устройством ТС был и остаётся двигатель.

Поэтому в большинстве случаев использование стандартов БД системы связано с диагностикой двигателя (реже коробки передач). Вторым важным отличием стандартов является унификация. Стандартный диагностический разъём, унифицированные протоколы обмена, единая система обозначения кодов неисправностей, единая идеология самодиагностики и многое другое. Для производителей диагностического оборудования такая унификация позволяет создавать недорогие универсальные приборы, для специалистов – резко сократить затраты на приобретение оборудования и информации, отработать типовые процедуры диагностирования, универсальные для любых ТС.

Очень важным достижением БД системы является разработка единой идеологии самодиагностики. На блок управления возлагается целый ряд специальных функций, обеспечивающих тщательный контроль функционирования всех систем силового агрегата.

Это и отражает документ SAE J1979, определяющий диагностические режимы, которые должны поддерживаться как блоком управления двигателем, так и диагностическим оборудованием. Вот как выглядит список этих режимов:

• параметры в реальном времени;
• «сохраненный стоп-кадр параметров»;
• мониторинг для непостоянно тестируемых систем;
• результаты мониторинга для постоянно тестируемых систем;
• управление исполнительными компонентами ТС;
• считывание кодов неисправностей;
• стирание кодов неисправностей, сброс статуса мониторов;
• мониторинг датчика кислорода.

Срок эксплуатации БД системы Westport WP-580, применяемой на двигателях семейства ЯМЗ-530 CNG, равен сроку эксплуатации транспортного средства.

БД система должна быть работоспособна:

• • при всех температурах окружающего воздуха от минус 7°C до плюс 35°C;
  • на всех высотах ниже 1600 м над уровнем моря;
  • при температурах охлаждающей жидкости двигателя от 70°C до 100°C.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ БД СИСТЕМЫ.

БД система используется для решения следующих задач:

Определение и идентификация неполадок при работе ЭСУД и двигателя, которые способны привести к следующим последствиям:

• Превышение оптимальной токсичности отработавших газов. Это требование к бортовой диагностике является действительным для всех систем управления двигателем, которые обеспечивают выполнение токсичных норм «Евро-3» и выше.
• Ухудшение параметров двигателя (к примеру, уменьшение мощности и крутящего момента, снижение ходовых качеств, увеличение расхода топлива).
• Выход из строя двигателя или компонентов системы управления. Например, это может быть выход из строя каталитического нейтрализатора при возникновении пропусков воспламенения.

Получение информации о неисправностях при помощи сигналов диагностической лампы.

Когда загорается диагностическая лампа, это не значит, что водитель должен немедленно прекратить работу ТС. Это просто предупреждение о том, что в ЭСУД присутствует неисправность, но ТС при этом может продолжить самостоятельное движение в аварийном режиме. Задачей водителя в данном случае будет как можно скорее доставить ТС к специалистам по техническому обслуживанию. Мигание диагностической лампы сообщает об обнаружении серьёзных неисправностей, которые могут привести к серьёзным повреждениям ЭСУД (например, такая неисправность, как пропуск воспламенения).

Сохранение данных об обнаруженной неисправности

При обнаружении той или иной неполадки в память ошибок ЭБУ вносится следующая информация:

• Код ошибки в соответствии с международной классификацией.
• Статус-флаги или просто признаки, которые характеризуют состояние неисправности во время считывания информации при помощи прибора диагностики.
• Стоп-кадр, показывающий значения наиболее значимых для системы параметров при фиксации ошибки.

Коды ошибок и дополнительная информация, которая сопутствует им при обнаружении неисправности, существенно облегчают специалистам их поиск и устранение.

Активирование аварийных режимов при работе ЭСУД

Во время обнаружения неисправности, чтобы обеспечить нормальные ходовые качества, предотвратить превышение значений токсичности, а так же предотвратить неисправности прочих составляющих ЭСУД, система запускает аварийный режим работы. Суть такого режима заключается в том, что при появлении неисправностей цепи одного из датчиков ЭБУ применяет для расчётов замещающие значения, которые значатся в памяти ЭБУ, не беря во внимание реальные сигналы датчика. Аварийный режим позволяет доставить ТС до сервисных служб. Бывает и такое, что водитель даже не подозревает о переходе ТС в аварийный режим работы.

Обеспечение взаимодействия с оборудованием для диагностики

О наличие неисправностей в БД системе сообщает зажигание диагностической лампы. После этого БД система дает возможность считать информацию, которая находится в памяти ЭБУ, при использовании специально предназначенного оборудования. Для этой цели в ЭСУД сделан последовательный канал для передачи информации, который состоит из ЭБУ, исполняющего задачи приёмопередатчика, и стандартизированной диагностической колодки, необходимой для подключения оборудования для диагностики. Чтобы передавать информацию, применяются стандартизированные протоколы. Используя диагностическое оборудование, специалисты служб сервисов считывают из памяти ЭБУ данные о системе, обнаруженных ошибках, выполняют серию тестов проверки, управляя с этой целью исполнительными механизмами.

Увеличение скорости нахождения неполадок ЭСУД и двигателя

БД система может идентифицировать почти сотню неполадок ЭСУД. Каждая неисправность имеет свой код в соответствии с международной классификацией (стандарт SAE J1939), см. приложение Д. При этом код ошибки однозначно показывает, какой сигнал компонента ЭСУД считается ложным, однако причину случившейся неисправности не определяет: это может быть и обрыв или же короткое замыкание цепей, и выход из строя самого ЭБУ, и неисправность датчика. Некоторые коды указывают неисправности не в одном из датчиков, а в целой подсистеме ЭСУД. Такие коды возникают по причине неравномерного вращения коленчатого вала, которое вызывают механические неисправности (к примеру, в одном из цилиндров понизилась компрессия), или неисправность электрических компонентов ЭСУД. Случаются неисправности, коды ошибок по которым не фиксируются совсем, влияющие на ходовые качества. В любом из трёх случаев для определения точной причины неисправности необходимо провести серию проверок с использованием оборудования диагностики. Правильное использование всего объёма полученной от системы информации позволяет максимально уменьшить время на поиски неисправностей.

ПЕРЕЧЕНЬ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛИРУЕМЫХ БД СИСТЕМОЙ.

Ниже приведен перечень компонентов ЭСУД, контролируемых БД системой.

СИСТЕМЫ И КОМПОНЕНТЫ ДВИГАТЕЛЯ.

• Датчик давления и температуры наддувочного воздуха. Контролирует параметры воздуха, поступающего во впускной коллектор, до смешивания с рециркулирующими отработавшими газами;
• Датчик температуры воздуха. Контролирует температуру смеси во впускном коллекторе после смешивания наддувочного воздуха с рециркулирующими отработавшими газами, см. п. 1.4.18.
• Датчик атмосферного давления. Контролируется атмосферное давление ЭБУ;
• Датчик температуры окружающего воздуха;
• Датчик давления воздуха;
• Датчик давления и температуры масла;
• Датчик температуры охлаждающей жидкости;
• Датчик положения дроссельной заслонки;
• Датчик положения педали акселератора;
• Система наддува;
• Охладитель наддувочного воздуха (ОНВ);
• Часы ЭБУ;
• Электронный блок управления двигателем;
• Клапан управления перепуском отработавших газов на турбине ТКР;
• Клапан перепуска воздуха на компрессоре ТКР.

ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА.

• Датчик частоты вращения коленчатого вала;
• Датчик частоты вращения распределительного вала (датчик фазы);
• Регулятор давления с датчиком давления;
• Датчик температуры и давления газа в рампе;
• Форсунка. Контролирует время активации электромагнитного клапана, цикловую подачу.
• Катушка зажигания;
• Датчик детонации.

СИСТЕМА ОГРАНИЧЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА.

• Датчик положения заслонки рециркуляции ОГ;
• Клапан заслонки EGR (пропорциональный);
• Радиатор отработавших газов;
• Датчик давления и температуры наддувочного воздуха, установленный на впуске до смешивания с рециркулирующими отработавшими газами;
• Датчик температуры воздуха (смеси), установленный на впуске после смешивания с рециркулирующими отработавшими газами. Используется для контроля эффективности радиатора отработавших газов;
• Датчик дифференциального давления ОГ системы РОГ.
• Датчик температуры отработавших газов.

СИСТЕМА ОГРАНИЧЕНИЯ ВЫБРОСОВ «ТВЕРДЫХ» ЧАСТИЦ.

• Каталитический нейтрализатор;
• Датчики кислорода.

ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ БД СИСТЕМЫ.

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

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

Система БД отвечает функциональным требованиям, приведенным в ISO 15031.

КОНТРОЛЬ СИСТЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА.

На двигателях экологического уровня Евро-5 производства ПАО «Автодизель» для снижения выбросов оксидов азота применяется система рециркуляции отработавших газов (РОГ). Для контроля работоспособности системы РОГ (соответствие действительного положения заслонки заданному) используется датчик положения заслонки EGR. Контролируемые параметры:

отклонение положения заслонки РОГ от заданного положения, целостность электрической цепи.

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

Для распознавания ситуаций, связанных с блокировкой потока рециркулируемых газов (например, в случае замены системы РОГ на поддельную), 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).

БД система контролирует систему РОГ на предмет серьезного функционального несрабатывания, которое включает в себя:

• полный демонтаж системы или ее замену на фальшивую систему;
• неисправность клапана заслонки РОГ (пропорциональный клапан);
• неисправность датчика положения заслонки РОГ;
• 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, БД система удовлетворяет требованиям регулирующего документа, касающихся нестираемых кодов сбоя и ограничителей крутящего момента.

КОНТРОЛЬ СИСТЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ВРЕДНЫХ ЧАСТИЦ.

На двигателях экологического уровня Евро-5 производства ПАО «Автодизель» для нейтрализации вредных частиц применяется каталитический нейтрализатор. Для контроля работоспособности каталитического нейтрализатора используются датчики кислорода.

Блок управления двигателя сравнивает значения напряжения на датчиках кислорода, установленных на входе и выходе нейтрализатора, и вычисляет соотношение, по которому оценивается его эффективность работы. Если это соотношение выходит за пределы заданного диапазона, система управления двигателя определяет наличие неисправности каталитического нейтрализатора, а в памяти неисправностей регистрируется соответствующий код.

БД система контролирует систему ограничения выбросов вредных частиц на предмет серьезного функционального несрабатывания, что, в свою очередь, включает:

• удаление каталитического нейтрализатора;
• засорение каталитического нейтрализатора;
• неисправность датчиков кислорода.

КОНТРОЛЬ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ.

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

АЛГОРИТМ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА.

Контроль выбросов NOx с отработавшими газами двигателя осуществляется косвенным путем посредством мониторинга компонентов системы РОГ. Так в случае 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 и слежение за температурой наддувочного воздуха. При превышении предельного значения температуры (соответствующего величине вредных выбросов NOx с ОГ больше порогового значения, указанного в требованиях к БД системе), 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 БД системы.

ОГРАНИЧИТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА.

ПОРЯДОК ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ОГРАНИЧИТЕЛЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА.

БД система активирует ограничитель крутящего момента после выявления следующих неисправностей:

• любая неисправность, которая привела бы к превышению оксидов азота более 7 г/кВт·ч при измерении по циклу ESC;
• любая неисправность любого компонента, используемого для обеспечения работоспособности системы контроля оксидов азота (например, система РОГ).
• БД система должна вводить в действие ограничитель момента, если следующие неисправности сохраняются в течение 36 часов:
• любая неисправность любого компонента, используемого для проверки системы контроля оксидов азота;
• любая неисправность, которая привела бы к превышению предела оксидов азота, равного 3,5 г/кВт·.ч при измерении по циклу ESC.

Если БД система 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 ООН № 49 рев. 5:

а) 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];

б) 75% от максимального крутящего момента двигателя для транспортных средств

категорий N1, N2, N3 ≤ 16 тонн, 3,5 < M1 ≤ 7,5 тонн, M2, M3/I, M3/II, M3/A и M3/B ≤ 7,5 тонн.

Ограничителем крутящего момента не оснащаются двигатели или транспортные средства, предназначенные для использования вооруженными силами, аварийно-спасательными 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 ИНДИКАТОРА СБОЯ (ИС) В БД СИСТЕМЕ.

Лампа индикатора сбоев (ИС или MIL – Malfunction Indicator Lamp) устанавливается производителем ТС на приборную панель. Лампа ИС информирует водителя о неисправности того или иного компонента БД системы, связанной с выбросами.

Критерий для активации лампы ИС фиксированное количество ездовых циклов. Ездовой цикл – это процесс, при котором холодный двигатель запускается и работает до достижения нормальной рабочей температуры при движении ТС и останавливается.

В течение этого цикла должны быть выполнены все тестовые процедуры, относящиеся к выхлопным газам. Различные автомобили имеют двигатели разного размера, и поэтому ездовые циклы для них могут несколько различаться. Как правило, если проблема возникает в течение трех циклов, то лампа ИС должна загораться. Если же три ездовых цикла не выявляют неисправности, лампа гаснет.

МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ НАРУШЕНИЙ В РАБОТЕ ИЛИ ПЕРЕПРОГРАММИРОВАНИЮ ЭБУ ДВИГАТЕЛЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЛЮБЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ.

ЭБУ имеет защиту от несанкционированных изменений программного обеспечения. Чипы памяти выполнены в запечатанных корпусах, защищены электронными алгоритмами и не могут быть заменены без специализированных инструментов и процедур.

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. ↑

 

Поделиться ссылкой: