Устройство электронной системы управления двигателем семейства ЯМЗ-530 CNG.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ.

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, ПОВЕРНУВ КЛЮЧ В ВЫКЛЮЧАТЕЛЕ ПРИБОРОВ И СТАРТЕРА В ПОЛОЖЕНИЕ «0» И ВЫКЛЮЧИВ «МАССУ».

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ «МАССЫ» РАЗРЕШАЕТСЯ ОТКЛЮЧАТЬ НЕ РАНЕЕ, ЧЕМ ЧЕРЕЗ 30 С ПОСЛЕ ПОЛНОЙ ОСТАНОВКИ ДВИГАТЕЛЯ. В ТЕЧЕНИЕ ЭТОГО ВРЕМЕНИ ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ПРОВОДИТ ДИАГНОСТИКУ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭСУД И СОХРАНЯЕТ ЕЕ РЕЗУЛЬТАТЫ В ПАМЯТИ.

Главными задачами для разработчиков двигателей являются снижение расхода топлива и содержания вредных веществ (NO_x – оксиды азота, СО – окись углерода, СН – углеводороды, «твердые» частицы) в отработавших газах.

Решение этих задач в современных условиях возложено на электронную систему управления двигателем (ЭСУД или EDC – Electronic Diesel Control), которая позволяет точно и быстро, учитывая множество постоянно меняющихся внешних условий, регулировать параметры процесса подачи топлива, обеспечивая выполнение многочисленных требований, стоящих перед современными двигателями.

С этой целью в составе ЭСУД имеются датчики, электронный блок управления (ЭБУ) и исполнительные механизмы. Получая от датчиков сигналы, ЭБУ анализирует их и в соответствии с заложенными в его память базовыми параметрами, вырабатывает команды на срабатывание различных исполнительных устройств, осуществляя тем самым корректировку рабочих параметров двигателя и обеспечивая максимальную эффективность его отдачи при минимальном расходе топлива. Иначе говоря, ЭБУ определяет момент, когда требуется подать нужное количество топлива в цилиндры, а также момент, когда следует подать искру. Исполнительные механизмы служат для доставки в цилиндры топливовоздушной смеси и формирования искры.

Наряду с этой существует другая важная задача, решение которой лежит на ЭБУ. Этой задачей является самодиагностика системы управления. Система производит проверку датчиков и исполнительных устройств, контролирует эксплуатационные циклы транспортного средства, обеспечивает возможность замораживания параметров и очистки блока памяти. Все отказы и нарушения функционирования компонентов системы фиксируются в электронной памяти ЭБУ в виде специальных цифровых кодов. Считывание записанных в память ЭБУ кодов неисправностей, полученных в результате самодиагностики, проводится при помощи специального сканера, подключаемого к 16-контактному диагностическому разъему.

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 II (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 главных системных блоков.

Датчики и задающие устройства 2, 4 регистрируют 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 в 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, дроссельная заслонка), управляющих подачей топлива.

Размещение датчиков на двигателе.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭСУД.

ЭСУД это система программно-аппаратных средств, которая может определять и идентифицировать неисправности и вероятные причины неисправностей, как самой системы, так и двигателя.

О любых нарушениях функционирования компонентов систем впрыска и снижения токсичности отработавших газов водитель оповещается посредством срабатывания вмонтированной в комбинацию приборов транспортного средства (ТС) лампы индикатора сбоев (ИС). Если сбой имел временный характер и ЭБУ регистрирует возврат системы к нормальному функционированию, лампа ИС отключается.

Проверка исправности состояния лампы ИС (ее кратковременное срабатывание) происходит каждый раз при повороте ключа Выключателя приборов и стартера (зажигания) в фиксируемое положение «I» (приборы включены). При отсутствии нарушений функционирования систем управления двигателем и снижения токсичности отработавших газов лампа должна погаснуть уже спустя 2-30 секунд. Если при включении зажигания кратковременного срабатывания контрольной лампы не происходит, проверьте состояние электропроводки и предохранителя ее электрической цепи, кроме того, удостоверьтесь в целостности нити накала собственно лампы.

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

Необходимо помнить, что коды регистрируют отказы электрических контуров в совокупности, а не отдельных компонентов, входящих в их состав. Так, присутствие в памяти ЭБУ кода SPN 51 говорит о неисправности в цепи датчика положения дроссельной заслонки, что вовсе необязательно свидетельствует о выходе из строя самого датчика. При выявлении причин отказа особое внимание следует уделять состоянию соответствующей электропроводки и качеству ее контактных соединений. Исключить вероятность отказа рабочего элемента цепи, либо удостовериться в нем можно путем подстановки заведомо исправного компонента.

Примерная структурная схема электронной системы управления двигателем семейства ЯМЗ-530 CNG.

$V:\Сайт\467567.jpg$

*¹ – Для некоторых моделей транспортных средств и изделий.

*² – Подключается при диагностике ЭСУД.

*³ – На двигателе не устанавливается, входит в комплект поставки.

*⁴ – Для некоторых моделей двигателей.

В памяти ЭБУ одновременно хранятся коды множества различных неисправностей. Выдача кодов при считывании производится в порядке возрастания их идентификационных номеров и никак не зависит от порядка занесения их в память.

Коды неисправностей могут быть двух видов: активные (не устраненные) и неактивные (устраненные).

ЭБУ обеспечивает самодиагностику и диагностику компонентов электронной системы управления. 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 заданных загорается лампа ИС, а при наличии на панели приборов ТС монитора, на его экране появляется сообщение о неисправности с указанием диагностического кода и ее характера.

Отличительной особенностью самодиагностики ЭСУД является организация в ней адаптивной логики, позволяющей производить динамическое управление функционированием системы впрыска топлива. Данная особенность позволяет автоматически компенсировать износ и колебания параметров компонентов системы питания. Так, при стабильно работающем двигателе ЭБУ отслеживает тенденцию к обеднению или обогащению воздушно-топливной смеси и предпринимает соответствующие шаги по корректировке ее состава, стремясь постоянно выдерживать стехиометрическое число λ=1. Корректирующие параметры заносятся в специальную память ЭБУ, фиксируются в ней и остаются доступными при последующих циклах эксплуатации ТС.

ЭСУД при определенных условиях может выполнять следующие действия:

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

ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ (ЭБУ).

Электронный блок управления (ЭБУ или ECU – Electronic Control Unit) модели WP-580 фирмы Westport, рисунок 2, на двигателе не устанавливается, входит в комплект поставки и располагается на шасси транспортного средства (в кабине автомобиля, в салоне автобуса или в подкапотном пространстве на перегородке моторного отсека). Обозначение ЭБУ – 53404.3763010 (обозначение фирмы Westport – 01-01-A00-007-008).

Основными задачами блока управления являются получение информации от датчиков, ее обработка и управление исполнительными механизмами. В соответствии с требованием водителя и записанной управляющей программой, ЭБУ:

осуществляет управление двигателем;
взаимодействует с электронными устройствами транспортного средства по каналу CAN (SAE J 1939);
выполняет функции бортовой диагностики в соответствии с требованиями Правил ООН № 49-05С, согласно стандартам ISO 15031 и SAE J 1939;
сигнализирует водителю о возникновении аварийных ситуаций посредством ламп на панели приборов ТС (диагностики двигателя, лампа индикатора сбоев (ИС), аварийного давления масла и т. д.);
выполняет функцию ограничения крутящего момента согласно требованиям Правил ООН № 49-05С;
выполняет функцию ограничения скорости в соответствии с Правилами ООН № 89;
выполняет функцию аварийной защиты двигателя;
выполняет функции круиз-контроля и дублирования управления от дополнительного органа с пульта оператора.
Электронный блок управления.

Р1 – разъем жгута проводов, Р2 – разъем жгута проводов.

УСТРОЙСТВО И ХАРАКТЕРИСТИКА.

Электронный блок управления состоит из перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ), силовых каскадов, цепи управления электромагнитными форсунками газа, источников питания для датчиков и протокола (канал данных) SAE J1939.

Печатная плата с электронными элементами помещается в металлическом корпусе ЭБУ. Датчики и исполнительные механизмы с помощью жгута проводов соединяются с блоком управления через два многоштыревых разъёма Р1 и Р2. Все контакты в этих разъёмах пронумерованы. В обоих разъемах общее количество контактов 121. Из них в большом разъеме Р1 находится 81 контакт, а в маленьком разъеме Р2 – 40 контактов.

В корпусе ЭБУ установлен датчик атмосферного давления. Этот датчик участвует в вычислении коррекции подачи топлива при эксплуатации ТС в высокогорье. Основные характеристики ЭБУ приведены в таблице.

Основные характеристики ЭБУ

Параметр	Значение
Размеры	213 × 170,2 × 41,2 мм
Масса	0,75 кг
Разъем	121 вывод (два разъема с 81 и 40 выводами)
Процессор	Tricore TC1782 / 32 бит RISK процессор
Частота осциллятора (генератора)	20 МГц
Тактовая частота процессора	180 МГц
Объем флэш-памяти	2.5 МБ Внутренняя 512 КБ Последовательная
Объем оперативной памяти ОЗУ (RAM)	156 КБ
Объем энергозависимой памяти (EEPROM)	32 КВ (последовательный доступ)
Номинальное напряжение питания	12 В (13,5 В) или 24 В (27 В)
Рабочий диапазон напряжения	9 – 32 В
Начальное напряжение	Минимальное 6,5 В в течение 65 мс
Потребляемый ток	не более 1мА при напряжении питания 12,6 В или 25,2 В в спящем режиме (зажигание выключено / двигатель остановлен); 3 А при напряжении питания 12,6 В или 25,2 В при включенном зажигании, двигатель работает на холостом ходу. Учитывается только ток, потребляемый ЭБУ, без учета тока нагрузок или токов по входам.
Рабочий диапазон температур	Минус 40˚C – плюс 105ºС (температура окружающей среды)
Класс защиты	IP69K – пыленепроницаемый, выдерживает высокотемпературную мойку под высоким давлением
Поддерживаемые интерфейсы	2×CAN 2,0 В (по ISO 11898 -1, -2 и -3) 1×K-линия или LIN (по ISO 9141 и ISO 14230)

ИНТЕРФЕЙСЫ СВЯЗИ.

Для взаимодействия ЭБУ двигателя с внешними устройствами используются интерфейсы K-Line (работа с диагностическим и инженерным оборудованием) и CAN (работа с диагностическим и инженерным оборудованием, а также с другими ЭБУ транспортного средства).

Физический уровень K-Line описан в стандарте ISO 9141, протокол передачи данных – в стандарте ISO 14230.

Физический, канальный и прикладной уровни CAN, используемого программного обеспечения ЭБУ двигателей ЯМЗ-530, описаны в стандартах SAE J 1939. Шина CAN обеспечивает сокращение количества проводов на ТС и одновременно с этим повышает надежность. Шина передачи данных состоит из двух проводов: CAN H и CAN L. К этим проводам подключены несколько различных систем, которые образуют коммуникационную сеть.

ВНИМАНИЕ! С ПОМОЩЬЮ МУЛЬТИМЕТРА НЕВОЗМОЖНО ИЗМЕРИТЬ ИЛИ ПРОВЕРИТЬ СИГНАЛ, ПЕРЕДАВАЕМЫЙ ПО ШИНЕ CAN. ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ УСТАНОВИТЬ ПРИЧИНУ НЕИСПРАВНОСТИ, СЛЕДУЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬ КОДЫ НЕИСПРАВНОСТЕЙ.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ РАЗЪЕМ.

Для связи диагностического оборудования (сканеров) с ЭБУ служит диагностический разъем (в OBD II он называется диагностическим разъемом связи – Diagnostic Link Connector (DLC)) Диагностический разъём OBD-II имеет 16 контактов (2×8) и соответствует требованиям стандарта SAE J 1962-2. Разъем устанавливается производителем ТС. Каждый контакт разъема имеет свое назначение. Функции многих контактов отданы на усмотрение производителя, но, тем не менее, ряд контактов на любом ТС подключаются одинаково.

Диагностический разъём OBD-II.

Так диагностический разъем имеет заземление и подсоединён к источнику питания (контакты 4 и 5 относятся к заземлению, а контакт 16 — к питанию). Это сделано для того, чтобы сканеру не требовался внешний источник питания. Если при подсоединении сканера питание на нем отсутствует, то необходимо в первую очередь проверить контакт 16 (питание), а также контакты 4 и 5 (заземление).

В соответствии со схемой ЭБУ двигателя, используются следующие контакты разъема:

2 – верхний провод CAN 2H (CAN High) высокоскоростной шины CAN Highspeed (ISO 15765-4, SAE-J2284);
4 – «масса» кузова;
5 – сигнальное заземление;
6 – верхний провод CAN 1H (CAN High) высокоскоростной шины CAN Highspeed (ISO 15765-4, SAE-J2284) для калибровки ABS, ESP;