Projekt
Ryż. 2.30. Schemat strukturalny systemu zarządzania silnikiem
Rysunek 2.30 przedstawia konfigurację elektronicznego systemu zarządzania silnikiem.
Główne elementy systemu zarządzania silnikiem
Ryż. 2.31. Lokalizacja głównych elementów układu sterowania silnikiem 1ZZ-FE I 3ZZ-FE
Układy sterowania silnikiem 1ZZ-FE i 3ZZ-FE obejmują zespoły wymienione w tabeli 2.6.
Tabela 2.6. Główne elementy systemu zarządzania silnikiem
Sterownik silnika
ECU silnika jest oparte na 32-bitowym procesorze.
Czujnik tlenu i czujnik stosunku powietrza do paliwa
Ryż. 2.32. Czujnik tlenu i czujnik stosunku powietrza do paliwa
Niewielki czujnik tlenu i czujnik stosunku powietrza do paliwa o małej masie są zainstalowane w kolektorze dolotowym. Część powietrza wchodzącego do silnika przechodzi przez obszar pomiarowy czujnika (Ryż. 2.32). Dzięki temu, że masa i natężenie przepływu powietrza dostającego się do silnika są mierzone bezpośrednio, zwiększa się dokładność pomiaru i zmniejsza się opór, jaki czujnik stawia w kolektorze dolotowym.
Czujnik posiada wbudowany czujnik temperatury powietrza.
Czujnik położenia wału korbowego
Ryż. 2.33. Czujnik położenia wału korbowego
Wirnik napędu wału korbowego ma 34 zęby i odcinek, w którym brakuje 2 zębów. Czujnik położenia wału korbowego wysyła sygnał co 10°, a górny martwy punkt jest określany na podstawie obszaru z brakującymi zębami (Ryż. 2.33).
Czujnik położenia wałka rozrządu
Ryż. 2.34. Czujnik położenia wałka rozrządu
Aby określić położenie wałka rozrządu zaworów dolotowych, instalowany jest wirnik główny, za pomocą którego generowane są 3 impulsy na każde dwa obroty wału korbowego (Ryż. 2.34).
Czujnik stukowy (typ płaski)
Ryż. 2.35. Wykres wydajności czujnika spalania stukowego
W konwencjonalnych czujnikach spalania stukowego (typ rezonansowy) jest płyta, której częstotliwość rezonansowa pokrywa się z częstotliwością detonacji silnika. Pozwala na rejestrację oscylacji w pobliżu częstotliwości rezonansowej.
W przeciwieństwie do tej konstrukcji płaski czujnik spalania stukowego (typ nierezonansowy) pozwala na rejestrację drgań w szerszym zakresie częstotliwości (około 6–15 kHz) i ma następujące zalety.
Częstotliwość stuków silnika zmienia się nieznacznie w zależności od prędkości obrotowej silnika. Płaski czujnik spalania stukowego umożliwia wykrycie wibracji nawet wtedy, gdy zmienia się częstotliwość stuków silnika. Tym samym, w porównaniu z tradycyjnymi czujnikami spalania stukowego, rozszerzone są możliwości rejestracji drgań, co umożliwia dokładniejsze ustawienie kąta wyprzedzenia zapłonu.
Projekt
Ryż. 2.36. Konstrukcja konwencjonalnych i płaskich czujników stukowych
Płaski czujnik spalania stukowego jest mocowany do silnika za pomocą kołka wkręcanego w blok cylindrów (Ryż. 2.36). Otwór na kołek przechodzi przez środek czujnika.
Wewnątrz czujnika, w jego górnej części, zainstalowany jest stalowy ciężarek, który poprzez izolator spoczywa na elemencie piezoelektrycznym.
W czujnik wbudowany jest rezystor wykrywający przerwę/zwarcie.
Zasada działania
Wibracje detonacji silnika przenoszone są na stalowy ciężarek, który naciska na element piezoelektryczny. Rezultatem jest siła elektromotoryczna.
Rezystor wykrywania przerwy/zwarcia
Ryż. 2.37. Schemat blokowy rezystora wykrywania przerwy/zwarcia
Gdy zapłon jest włączony, rezystor wykrywający przerwanie/zwarcie obwodu czujnika spalania stukowego oraz rezystor w ECU silnika utrzymują stałe napięcie na zacisku KNK1. Napięcie na zacisku jest stale monitorowane przez układ scalony ECU silnika. Jeśli obwód między czujnikiem spalania stukowego a modułem ECU silnika jest przerwany lub zwarty, zmienia się napięcie na zacisku KNK1, a moduł ECU silnika wykrywa przerwę/zwarcie i zapisuje kod DTC P0325 w pamięci.
Zalecenia dotyczące konserwacji
W związku z wprowadzeniem do obwodu rezystora przerwy/zwarcia zmieniono sposób sprawdzania czujnika.
Ryż. 2.38. Schemat instalacji czujnika spalania stukowego
Aby uniknąć gromadzenia się wilgoci w złączu, należy zainstalować płaski czujnik stukowy, jak pokazano na rysunku 2.38.
Czujnik położenia przepustnicy
Ryż. 2.39. Schemat blokowy i schemat działania czujnika położenia przepustnicy
Czujnik położenia przepustnicy montowany jest na korpusie przepustnicy. Przeznaczony jest do określania kąta otwarcia przepustnicy. Czujnik położenia przepustnicy (Czujnik Halla) składa się z układu scalonego z czujnikami Halla i obracającymi się wokół niego magnesami trwałymi. Magnesy są zamontowane wokół osi przepustnicy i obracają się synchronicznie z nią.
Kiedy przepustnica się otwiera, magnesy obracają się razem z nią. Czujniki Halla wykrywają zmianę strumienia magnetycznego i generują napięcie wyjściowe o odpowiedniej wielkości na zaciskach VTA1 i VTA2. Ten sygnał jest używany do generowania sygnału otwarcia przepustnicy do ECU silnika.
Taka konstrukcja zapewnia nie tylko wysoką dokładność wykrywania położenia przepustnicy, ale jest również prosta i niezawodna, ponieważ wykorzystuje zasadę bezkontaktowości. Dodatkowo w celu poprawy niezawodności czujnika do generowania sygnałów wyjściowych zastosowano dwa układy o różnej charakterystyce wyjściowej.
Zalecenia dotyczące konserwacji
Ponieważ czujnik wykorzystuje układ czujnika Halla, metoda testowania różni się od metody testowania konwencjonalnego czujnika położenia przepustnicy.
Czujnik położenia pedału przyspieszenia
Ryż. 2.40. Schemat blokowy i schemat działania czujnika położenia pedału przyspieszenia
Czujnik położenia pedału przyspieszenia przetwarza skok pedału na sygnały elektryczne o dwóch różnych właściwościach i przesyła je do ECU silnika. Sygnał VPA1 ma charakterystykę liniową i jest podawany przez cały skok pedału przyspieszenia. Sygnał VPA2 ma spolaryzowaną charakterystykę napięciową.
Elektroniczny wtrysk EFI
Ryż. 2.41. Schemat iniekcji synchronicznych i asynchronicznych
System EFI typu L bezpośrednio wykrywa masę powietrza wchodzącego do silnika za pomocą przewodowego miernika masy powietrza.
Zastosowano rozproszony system wtrysku (gdy paliwo jest wtryskiwane do każdego cylindra raz na dwa obroty wału korbowego).
Istnieją dwa rodzaje wtrysku paliwa:
- pierwszą metodą jest wtrysk synchroniczny, w którym czas trwania wtrysku głównego jest korygowany na podstawie sygnałów z czujników. w tym przypadku wtrysk odbywa się w tym samym położeniu wału korbowego;
- drugą metodą jest wtrysk asynchroniczny, w którym pojedynczy moment wtrysku dla wszystkich wtryskiwaczy jest określany na podstawie sygnałów z czujników, niezależnie od położenia wału korbowego. Aby zmniejszyć zużycie silnika i zużycie paliwa, system włącza dopływ paliwa w określonych warunkach jazdy.
Przy niskich temperaturach płynu chłodzącego i podczas pracy silnika na niskich obrotach system zapewnia wtrysk dodatkowego paliwa.
Inteligentny elektroniczny system sterowania przepustnicą ETCS-i
Ryż. 2.42. Schemat strukturalny systemu
ETCS-i zapewnia wyjątkową kontrolę położenia przepustnicy we wszystkich warunkach pracy silnika. Nowe silniki 1ZZ-FE i 3ZZ-FE nie mają mechanicznego sterowania przepustnicą, a na pedale przyspieszenia zainstalowany jest czujnik położenia pedału gazu.
W konwencjonalnym układzie korpusu przepustnicy kąt otwarcia przepustnicy jest określany przez skok pedału przyspieszenia. Natomiast w ETCS-i, ECU silnika oblicza optymalną pozycję przepustnicy na podstawie warunków jazdy i ustawia ją, sterując silnikiem napędowym.
System ETCS-i zapewnia sterowanie systemem biegu jałowego ISC, systemem tempomatu, systemem kontroli trakcji TRC oraz systemem kontroli stabilności VSC.
W przypadku awarii system przechodzi w tryb awaryjny.
Zasada działania
Ryż. 2.43. Schemat działania układu sterowania podczas przyspieszania i zwalniania
W zależności od trybu pracy, ECU silnika określa wymagany kąt otwarcia przepustnicy i steruje silnikiem siłownika przepustnicy. Poniżej wymieniono tryby, za które odpowiada ECU silnika.
- tryb nieliniowy.
- tryb czuwania.
- Sterowanie przepustnicą podczas kontroli trakcji (TRC).
- Tryb koordynacji z systemem VSC.
- Tempomat.
Tryb nieliniowy
System dostosowuje przepustnicę do optymalnej pozycji w zależności od warunków jazdy, tj. pozycji pedału przyspieszenia i prędkości obrotowej silnika, zapewniając precyzyjną kontrolę przepustnicy i komfortową jazdę we wszystkich trybach.
Tryb czuwania
ECU silnika reguluje położenie przepustnicy, aby przez cały czas utrzymywać optymalną prędkość obrotową biegu jałowego.
Kontrola przepustnicy
podczas działania systemu kontroli trakcji (TRC)
Jeśli kontrola trakcji jest włączona (TRC), gdy poślizg koła napędowego jest znaczny, ECU kontroli poślizgu wysyła sygnał do zamknięcia przepustnicy, pomagając w ten sposób utrzymać kontrolę nad pojazdem i przyczepność na kołach.
Tryb koordynacji z systemem VSC
Aby poprawić wydajność systemu VSC, pozycja przepustnicy jest kontrolowana w połączeniu z ECU kontroli poślizgu.
Tempomat
ECU silnika ze zintegrowanym ECU tempomatu bezpośrednio steruje położeniem przepustnicy w celu utrzymania stałej prędkości.
Działanie czujnika położenia pedału przyspieszenia w trybie awaryjnym
Ryż. 2.44. Schemat działania czujnika położenia pedału przyspieszenia w trybie awaryjnym
Istnieją dwa obwody do transmisji sygnału czujnika położenia pedału przyspieszenia (główny i pomocniczy). Jeśli jeden z obwodów czujnika ulegnie awarii, ECU silnika wykryje nieprawidłową różnicę napięć między sygnałami w dwóch obwodach i przełączy się w tryb awaryjny. aby zachować zdolność do jazdy w trybie awaryjnym, nienaruszony obwód służy do określenia położenia pedału przyspieszenia.
Jeśli oba obwody czujników są uszkodzone, ECU silnika rozpoznaje nieprawidłowe napięcia sygnałowe w obu obwodach i wyłącza układ sterowania przepustnicą. W tym trybie samochód może poruszać się z prędkością wału korbowego równą prędkości biegu jałowego.
Istnieją dwa obwody do przesyłania sygnału czujnika położenia przepustnicy (główny i pomocniczy). W przypadku awarii jednego z obwodów czujnika, ECU silnika wykrywa nieprawidłową różnicę napięć między sygnałami w obu obwodach, wyłącza zasilanie silnika przepustnicy i przełącza się w tryb awaryjny. W tym przypadku, pod wpływem sprężyny powrotnej, przepustnica jest ustawiana w zadanym, lekko otwartym położeniu. W ten sposób samochód może poruszać się w trybie awaryjnym. W tym przypadku moc silnika jest regulowana poprzez zmianę objętości wtryskiwanego paliwa i zmianę kąta wyprzedzenia zapłonu w zależności od położenia pedału przyspieszenia.
W tym samym trybie zostanie przeprowadzona kontrola, jeśli ECU wykryje awarię silnika siłownika przepustnicy.
Elektroniczny układ zmiennych faz rozrządu WT-i
Ryż. 2.45. Schemat działania elektronicznego układu zmiany rozrządu WT-i
Układ VVT-i przeznaczony jest do regulacji kąta obrotu wałka rozrządu zaworów dolotowych w zakresie 40° (kąt obrotu wału korbowego) oraz montaż rozrządu zaworowego, optymalnie odpowiadającego trybom pracy silnika. System pozwala zwiększyć moment obrotowy przy dowolnej prędkości wału korbowego, a także pomaga zmniejszyć zużycie paliwa i zmniejszyć zawartość szkodliwych substancji w spalinach (Ryż. 2.45).
Ryż. 2.46. Schemat blokowy elektronicznego układu zmiennych faz rozrządu WT-i
Na podstawie prędkości obrotowej silnika, ilości powietrza dostającego się do silnika, położenia przepustnicy i temperatury płynu chłodzącego, ECU silnika określa optymalne ustawienie rozrządu dla wszystkich warunków pracy silnika i steruje hydraulicznym zaworem zmiany fazy. Dodatkowo, przetwarzając sygnały z czujników położenia wałka rozrządu i wału korbowego, ECU silnika określa aktualnie ustawiony rozrząd, dostarczając sprzężenie zwrotne w sterowaniu rozrządem (Ryż. 2.46).
Jednostka sterująca WT-i
Ryż. 2.47. Wynik systemu WT-i
Jednostka sterująca składa się z obudowy napędzanej łańcuchem mechanizmu rozrządu i łopatki kierującej połączonej z wałkiem rozrządu zaworów dolotowych.
Olej pod ciśnieniem przepływa przez otwór wałka rozrządu zaworów dolotowych do zaworu hydraulicznego sterowanego przez ECU silnika. Następnie zawór redystrybuuje olej, w zależności od poleceń ECU, do przyspieszonego lub opóźnionego otwarcia zaworów dolotowych, co z kolei prowadzi do obrotu elementu prowadzącego WT-i, zapewniając jednocześnie bezstopniową zmianę rozrządu zaworowego zaworów ssących.
Gdy silnik nie pracuje, wałek rozrządu zaworów dolotowych znajduje się w najbardziej opóźnionym położeniu, co zapewnia najlepszą wydajność rozruchu.
Jeśli jednostka sterująca VVT-i nie zostanie zalana olejem pod ciśnieniem natychmiast po uruchomieniu silnika, kołek blokujący blokuje obrót jednostki sterującej VVT-i, zapobiegając detonacji.
Hydrauliczny zawór zmiany fazy
Hydrauliczny zawór zmiany fazy steruje położeniem zaworu suwakowego zgodnie z cyklicznymi poleceniami z ECU silnika. W rezultacie olej pod ciśnieniem jest dostarczany do sterownika WT-i w celu obrócenia wałka rozrządu do przodu lub do tyłu. Kiedy silnik nie pracuje, hydrauliczny układ zmiennych faz rozrządu znajduje się w najbardziej opóźnionym położeniu.
Zasada działania (osiągnięcie)
Ryż. 2.48. Jednostka sterująca WT-i
Jeżeli zawór hydrauliczny zmiany rozrządu pod wpływem sygnałów wyprzedzenia z ECU silnika znajduje się w sposób pokazany na rysunku 2.48, to wynikowe ciśnienie oleju podawane jest do elementu prowadzącego od strony wyprzedzenia, podczas gdy wałek rozrządu obraca się w kierunku wyprzedzenia kąt otwarcia zaworów.
Zasada działania (opóźnienie)
Ryż. 2.49. Schemat zmiany fazy zaworu suwakowego
Jeżeli zawór hydrauliczny zmiany fazy pod wpływem sygnałów opóźnienia z ECU silnika znajduje się jak pokazano na rysunku 2.49, to olej pod ciśnieniem jest dostarczany do elementu prowadzącego od strony opóźnienia, podczas gdy wałek rozrządu obraca się w kierunku zaworu opóźnienie kąta otwarcia.
Ryż. 2,50. Kierunek wyprzedzenia kąta otwarcia zaworu
Ryż. 2.51. Kierunek opóźnienia kąta otwarcia zaworu
Mocowanie wału w pozycji zainstalowanej
Gdy wałek rozrządu znajdzie się w żądanym położeniu, zawór hydraulicznego wałka rozrządu znajduje się w położeniu neutralnym, blokując wałek rozrządu do czasu zmiany warunków jazdy. W ten sposób reguluje się rozrząd zaworów i zapobiega się niepotrzebnemu wyciekowi oleju silnikowego.
Sterowanie pompą paliwa
Ryż. 2.52. Schemat blokowy sterowania pompą paliwa
W przypadku wyzwolenia poduszki powietrznej podczas zderzenia czołowego lub bocznego funkcja odcięcia paliwa jest dostępna przy wyłączonej pompie paliwowej. Funkcja jest aktywowana przez sygnał wyzwolenia poduszki powietrznej z zespołu czujnika poduszki powietrznej, który jest rejestrowany przez ECU silnika; ECU silnika wyłącza przekaźnik otwierania obwodu. Po wyłączeniu dopływu paliwa można wznowić i uruchomić silnik przekręcając kluczyk w stacyjce z pozycji OFF do pozycji ON.
Kontrola wyłączenia klimatyzatora
Ryż. 2.53. Schemat połączeń dla modeli bez klimatyzacji
Ryż. 2.54. Schemat połączeń w modelach z klimatyzacją
W modelach bez klimatyzacji, ECU silnika steruje prędkością wentylatora chłodzącego na podstawie czujnika temperatury płynu chłodzącego silnika.
Klimatyzowane modele mają dwie prędkości wentylatora: niską i wysoką. ECU silnika wydaje polecenie włączenia wysokich obrotów w zależności od sygnałów z czujnika temperatury płynu chłodzącego i czujnika ciśnienia układu klimatyzacji. Regulacja niskiej prędkości jest realizowana przez jednostkę sterującą klimatyzacją.
Funkcja sterowania rozrusznikiem «Półautomatyczny start»
Ryż. 2,55. Schemat blokowy układu sterowania rozrusznikiem
Nowy model samochodu wykorzystuje funkcję sterowania rozrusznikiem «Półautomatyczny rozruch». Po naciśnięciu przycisku rozruchu silnika funkcja ta jest aktywna do momentu uruchomienia silnika. Pedał hamulca musi być wciśnięty (w modelach z multimodalną manualną skrzynią biegów M-MT) lub pedał sprzęgła (w modelach z manualną skrzynią biegów). Tym samym zwiększa się niezawodność rozruchu silnika i wyklucza się możliwość pracy rozrusznika po uruchomieniu silnika.
Jeśli ECU silnika otrzyma sygnał startu z ECU zasilania, system monitoruje sygnał prędkości obrotowej silnika (NE) i nie wyłącza rozrusznika, dopóki silnik nie zostanie uruchomiony. Ponadto, jeśli ECU silnika odbierze sygnał startu z ECU zasilania, ale ustali, że silnik już pracuje, nie włączy rozrusznika.
Zasada działania
Ryż. 2.56. Schemat działania układu sterowania rozrusznikiem
Jak pokazano na rysunku 2.56, kiedy ECU silnika otrzymuje sygnał startu (STSW) z ECU mocy, ECU silnika wysyła sygnały STAR i ACCR do ECU mocy. Ten z kolei wysyła sygnał do przekaźnika rozrusznika, aby włączyć rozrusznik. Jeśli silnik już pracuje, ECU silnika nie dostarcza sygnałów STAR i ACCR do ECU zasilania. Dlatego ECU sterowania mocą nie dostarcza zasilania do przekaźnika rozrusznika.
Po włączeniu rozrusznika i przekroczeniu przez prędkość obrotową silnika około 500 min-1, ECU silnika stwierdza, że silnik pracuje i wyłącza rozrusznik.
Jeśli silnik ma usterkę i nie uruchamia się, rozrusznik będzie działał przez maksymalny dopuszczalny czas, po czym automatycznie się wyłączy. Maksymalny czas pracy rozrusznika wynosi około 2 do 25 sekund, w zależności od temperatury płynu chłodzącego. Jeśli temperatura płynu chłodzącego jest bardzo niska, rozrusznik pracuje przez około 25 sekund, a gdy silnik jest wystarczająco ciepły, rozrusznik pracuje nie dłużej niż 2 sekundy.
W celu wyeliminowania dodatkowego obciążenia w przypadku niestabilnego napięcia podczas uruchamiania silnika, system odcina w tym czasie zasilanie urządzeń pomocniczych.
System zapewnia następujące poziomy ochrony:
- jeśli silnik już pracuje, rozrusznik nie włączy się, nawet jeśli kluczyk w stacyjce jest ustawiony w pozycji START;
- nawet jeśli kierowca trzyma kluczyk w stacyjce w pozycji START, po uruchomieniu silnika z pół obrotu, ECU silnika wyłączy rozrusznik, gdy obroty silnika osiągną około 1200 obr./min-1 lub więcej;
- nawet jeśli kierowca trzyma kluczyk w stacyjce w pozycji START i silnik nie uruchamia się, ECU silnika wyłączy rozrusznik po około 30 sekundach;
- Jeśli ECU silnika nie odbierze sygnału prędkości obrotowej silnika podczas pracy rozrusznika, natychmiast przestanie wysyłać sygnały STAR i ACCR.
Diagnostyka
Układ diagnostyczny typu EURO-OBD (Europejski system diagnostyki pokładowej), stosowany w silnikach 1ZZ-FE i 3ZZ-FE, spełnia wymagania przepisów europejskich.
Jeśli ECU silnika wykryje problem, diagnozuje i rejestruje węzeł problemowy. Ponadto, aby poinformować kierowcę na tablicy rozdzielczej, lampka ostrzegawcza silnika Chk Eng włącza się stale lub zaczyna migać.
ECU silnika przechowuje również elektroniczne kody DTC dla wszystkich usterek. Kody te można odczytać za pomocą testera mikroprocesorowego P.
Wszystkie kody DTC są zgodne z kodami SAE. Niektóre kody DTC zostały podzielone na mniejsze podsekcje niż poprzednio, z nowymi kodami DTC przypisanymi do podsekcji.
Zalecenia dotyczące konserwacji
Aby wyczyścić elektroniczne kody DTC zapisane w pamięci ECU silnika, użyj inteligentnego testera II lub odłącz zacisk akumulatora lub wyjmij bezpiecznik EFI na co najmniej minutę.
Praca systemu w trybie awaryjnym
W przypadku wykrycia usterki, ECU silnika wyłącza się lub wprowadza silnik do pracy awaryjnej zgodnie z danymi zapisanymi w pamięci.