Система за управление на двигателя 1ZZ-FE и 3ZZ-FE — Описание на конструкцията [Toyota Corolla Verso-AR10]

Дизайн

Фигура 2.30 показва конфигурацията на електронната система за управление на двигателя.

Основни компоненти на системата за управление на двигателя

Системите за управление на двигателите 1ZZ-FE и 3ZZ-FE включват единиците, изброени в таблица 2.6.

Таблица 2.6. Основни компоненти на системата за управление на двигателя

ECU на двигателя

ECU на двигателя е базиран на 32-битов процесор.

Сензор за кислород и сензор за съотношението въздух-гориво

Във всмукателния колектор са монтирани малък сензор за кислород и сензор за съотношение въздух-гориво с ниска маса. Част от въздуха, влизащ в двигателя, преминава през зоната на измерване на сензора (фиг. 2.32). Чрез директно измерване на масата и дебита на въздуха, влизащ в двигателя, се подобрява точността на измерване и се намалява съпротивлението, създадено от сензора във всмукателния колектор.

Сензорът има вграден сензор за температура на въздуха.

Сензор за положение на коляновия вал

Роторът за синхронизация на коляновия вал има 34 зъба и част, в която липсват 2 зъба. Сензорът за положение на коляновия вал изпраща сигнал на всеки 10°, а горната мъртва точка се определя от участъка с липсващи зъби (фиг. 2.33).

Сензор за положение на разпределителния вал

За да се определи положението на всмукателните клапани, на разпределителния вал е монтиран синхронизиращ ротор, с помощта на който се генерират 3 импулса за всеки два оборота на коляновия вал (фиг. 2.34).

Сензор за детонация (плосък тип)

В конвенционалните сензори за детонация (резонансен тип) има плоча, чиято резонансна честота на трептене съвпада с честотата на детонация на двигателя. Позволява запис на вибрации близо до резонансната честота.

За разлика от този дизайн, плосък сензор за детонация (нерезонансен тип) ви позволява да записвате вибрации в по-широк честотен диапазон (приблизително 6–15 kHz) и има следните предимства.

Честотата на детонация на двигателя варира леко в зависимост от скоростта на коляновия вал. Сензорът за детонация от плосък тип позволява да се записват вибрации дори когато честотата на детонация на двигателя се променя. По този начин, в сравнение с традиционните сензори за детонация, възможностите за запис на вибрации се разширяват, което позволява по-прецизно регулиране на ъгъла на запалване.

Дизайн

Сензорът за детонация от плосък тип е прикрепен към двигателя с помощта на шпилка, завинтена в цилиндровия блок (фиг. 2.36). Отворът за щифта минава през центъра на сензора.

Вътре в сензора в горната му част е монтирана стоманена тежест, която чрез изолатор лежи върху пиезоелектричен елемент.

Сензорът има вграден резистор за откриване на прекъсване/късо съединение.

Принцип на действие

Вибрацията от детонацията на двигателя се предава на стоманена тежест, която притиска пиезоелектричен елемент. В резултат на това се генерира електродвижеща сила.

Резистор за откриване на отворено/късо съединение

Ако запалването е включено, резистор регистрацията е отворена/короткозамкнутой веригата на датчика за детонация и резистор в екю вътрешни двигателя се поддържат постоянно напрежение на основание терминал KNK1. Напрежение на основание терминал постоянно контролира навежда на чип за екю вътрешни двигателя. Ако веригата между датчика за детонация и екю вътрешни двигателя размыкается или заключен накоротко, напрежението на основание терминал KNK1 се променя и екю вътрешни двигателя регистрира отключване/късо съединение на веригата, като при това в памет на електронен код на СИДДО P0325.

Препоръка за техническо обслужване

Поради въвеждането на резистор за отворено/късо съединение във веригата, методът за тестване на сензора е променен.



За да се избегне натрупването на влага в конектора, трябва да се монтира плосък сензор за детонация, както е показано на Фигура 2.38.

Сензор за положение на дросела

Сензорът за положение на дросела е монтиран на тялото на дросела. Предназначен е за определяне на ъгъла на отваряне на дросела. Сензор за положение на дросела (сензор на Хол) се състои от интегрална схема със сензори на Хол и постоянни магнити, въртящи се около нея. Магнитите са монтирани около оста на дросела и се въртят синхронно с него.

Когато дроселната клапа се отвори, магнитите се въртят заедно с нея. Сензорите на Хол откриват промени в магнитния поток и генерират изходно напрежение със съответната стойност на клеми VTA1 и VTA2. Този сигнал се използва за генериране на сигнал за отваряне на дросела в ECU на двигателя.

Този дизайн не само осигурява висока точност при определяне на позицията на дросела, но също така е прост и надежден, тъй като използва безконтактен принцип. Освен това, за да се повиши надеждността на сензора, се използват две системи с различни изходни характеристики за генериране на изходни сигнали.

Препоръка за техническо обслужване

Тъй като сензорът използва сензорен чип на Хол, методът на тестване е различен от този на конвенционалния сензор за положение на дросела.

Сензор за положение на педала на газта

Сензорът за положение на педала на газта преобразува хода на педала в електрически сигнали с две различни характеристики и ги предава на ECU на двигателя. Сигналът VPA1 има линейна характеристика и се подава през целия ход на педала на газта. Сигналът VPA2 има характеристика на напрежението на изместване.

Електронен инжекцион EFI

Системата L-тип EFI директно отчита масата на въздуха, навлизащ в двигателя, с помощта на дебитомер с телени елементи.

Използва се система за разпределено впръскване (когато горивото се впръсква във всеки цилиндър веднъж на всеки два оборота на коляновия вал).

Има два вида впръскване на гориво:

• първият метод е синхронно впръскване, когато основната продължителност на впръскване се регулира въз основа на сигнали от сензорите. в този случай инжектирането се извършва в същото положение на коляновия вал;
• вторият метод е асинхронно впръскване, когато един момент на впръскване за всички инжектори се определя от сигнали от сензори, независимо от положението на коляновия вал. За да намали износването на двигателя и разхода на гориво, системата включва подаването на гориво при определени условия на шофиране.

При ниски температури на охлаждащата течност и когато двигателят работи на ниски обороти, системата осигурява допълнително впръскване на гориво.

Интелигентна електронна система за управление на дросела ETCS-i

Системата ETCS-i има изключителни възможности за управление на газта във всички режими на работа на двигателя. Новите двигатели 1ZZ-FE и 3ZZ-FE нямат механично управление на газта, а на педала на газта е монтиран датчик за положение на педала.

В конвенционалната система на дроселната клапа ъгълът на отваряне на дроселната клапа се определя от хода на педала на газта. За разлика от това, в системата ETCS-i ECU на двигателя изчислява оптималната позиция на дросела въз основа на условията на шофиране и я задава чрез управление на задвижващия мотор.

Системата ETCS-i контролира системата за контрол на скоростта на празен ход ISC, системата за круиз контрол, системата за контрол на сцеплението TRC и системата за контрол на стабилността на превозното средство VSC.

Ако бъдат открити неизправности, системата преминава в авариен режим.

Принцип на действие

В зависимост от режима на работа ECU на двигателя определя необходимия ъгъл на отваряне на дросела и управлява двигателя на задвижващия механизъм на дросела. Режимите, за които отговаря ECU на двигателя, са изброени по-долу.

• Нелинеен режим.
• Режим на неактивност.
• Управление на газта, когато системата за контрол на сцеплението (TRC) работи.
• Режим на координация с VSC система.
• Темпомат.

Нелинеен режим

Системата настройва дроселната клапа в оптимална позиция, съответстваща на условията на шофиране, т.е. позицията на педала на газта и оборотите на двигателя, осигурявайки прецизно управление на дросела и комфортно шофиране във всички режими.

Режим на неактивност

ECU на двигателя регулира позицията на дроселовата клапа, като постоянно поддържа оптимални обороти на празен ход.

Материалът е взет от ресурс (TOYOTAMAN)

Управление на газта

когато системата за контрол на сцеплението (TRC) работи

Когато системата за контрол на сцеплението (TRC) е активирана, ако задвижващото колело се приплъзне значително, TRC ECU изпраща сигнал за затваряне на дроселната клапа, като по този начин помага да се поддържа контрола на автомобила и сцеплението на колелата.

Режим на координация с VSC система

За да се подобри ефективността на системата VSC, позицията на дросела се контролира във връзка с ECU за контрол на плъзгането.

Темпомат

ECU на двигателя с интегриран ECU за круиз контрол директно контролира позицията на дросела, като поддържа постоянна скорост на движение.

Работа на сензора за положение на педала на газта в авариен режим

Има две вериги за предаване на сигнала от сензора за положение на педала на газта (основни и спомагателни). Ако една от сензорните вериги се повреди, ECU на двигателя открива неправилна разлика в напрежението между сигналите в двете вериги и превключва на авариен режим. За да се запази способността за управление на автомобила в авариен режим, се използва неповредена верига за откриване на позицията на педала на газта.

Ако и двете сензорни вериги са дефектни, ECU на двигателя разпознава неправилни сигнални напрежения в двете вериги и деактивира системата за управление на дросела. В този режим автомобилът може да се движи със скорост на коляновия вал, равна на скоростта на празен ход.

Има две вериги за предаване на сигнала от сензора за положение на дросела (основни и спомагателни). Ако една от сензорните вериги се повреди, ECU на двигателя открива неправилна разлика в напрежението между сигналите в двете вериги, прекъсва захранването на двигателя на задвижващия механизъм на дросела и превключва в авариен режим. В този случай, под въздействието на възвратната пружина, дроселната клапа се настройва в предварително зададено леко отворено положение. Така колата може да се движи в авариен режим. Мощността на двигателя се регулира чрез промяна на обема на впръсканото гориво и промяна на момента на запалване в зависимост от положението на педала на газта.

Същият режим на управление ще се използва, ако ECU открие неизправност на двигателя на задвижващия механизъм на дросела.

Електронна система за променливо газоразпределение WT-i

Системата VVT-i е проектирана да регулира ъгъла на въртене на всмукателния разпределителен вал в диапазона от 40° (от ъгъла на въртене на коляновия вал) и настройка на времето на клапана, за да съответства оптимално на режимите на работа на двигателя. Системата позволява увеличаване на въртящия момент при всяка скорост на коляновия вал, а също така спомага за намаляване на разхода на гориво и намаляване на съдържанието на вредни вещества в отработените газове (фиг. 2.45).



Въз основа на скоростта на коляновия вал, обема на въздуха, постъпващ в двигателя, положението на дроселната клапа и температурата на охлаждащата течност, ECU на двигателя определя оптималното време на вентила за всеки режим на работа на двигателя и управлява хидравличния клапан за смяна на фазите. В допълнение, чрез обработка на сигнали от сензорите за положение на разпределителния и коляновия вал, ECU на двигателя определя действителното време на клапана, осигурявайки обратна връзка при управлението на времето на клапана (фиг. 2.46).

WT-i контролен блок

Блокът за управление се състои от корпус със задвижване от веригата на клапанния механизъм и направляващ апарат, свързан към всмукателния разпределителен вал.

Маслото под налягане влиза в канала на всмукателния разпределителен вал в хидравличен клапан, управляван от ECU на двигателя. След това клапанът преразпределя маслото, в зависимост от командите на ECU, или в изпреварващия канал, или в забавящия канал за отваряне на всмукателните клапани, което от своя страна води до въртене на направляващия елемент WT-i, като по този начин осигурява безстепенна промяна на времето на всмукателните клапани.

Когато двигателят не работи, всмукателният разпределителен вал е в най-забавеното си положение, осигурявайки най-добрите стартови характеристики на двигателя.

Ако масло под налягане не се подаде към блока за управление VVT-i веднага след стартиране на двигателя, заключващият щифт блокира въртенето на блока за управление VVT-i, предотвратявайки детонация.

Хидравличен вентил за смяна на фазите

Клапанът за управление на синхронизацията на хидравличния клапан контролира позицията на макарата в съответствие с цикличните команди от ECU на двигателя. В резултат на това към контролера WT-i се подава масло под налягане, за да придвижва или забавя разпределителния вал. Когато двигателят не работи, хидравличният клапан за управление на синхронизацията на клапаните заема позицията на най-голямо забавяне.

Принцип на действие (аванс)

Ако хидравличният клапан за промяна на времето на клапана под въздействието на предварителни сигнали от ECU на двигателя е позициониран, както е показано на фигура 2.48, полученото налягане на маслото се подава към водещия елемент от предната страна и разпределителният вал се завърта в посоката на напредъка на ъгъла на отваряне на клапана.

Принцип на действие (изоставане)

Ако хидравличният клапан за промяна на фазите под въздействието на сигналите за забавяне от ECU на двигателя е разположен, както е показано на фигура 2.49, тогава маслото под налягане се подава към направляващия елемент от страната на забавянето и разпределителният вал се завърта в посоката на забавяне на ъгъла на отваряне на клапана.

Фиксиране на вала в монтирана позиция

След като разпределителният вал е настроен в желаната позиция, хидравличният клапан за смяна на фазите заема неутрално положение, фиксирайки разпределителния вал до промяна на условията на движение. По този начин се регулира времето на клапаните и се предотвратява ненужното изтичане на масло от двигателя.

Управление на горивната помпа

В случай на задействане на въздушна възглавница при челен или страничен сблъсък е предвидена функция за спиране на горивото, която изключва горивната помпа. Функцията се активира чрез сигнал за активиране на въздушната възглавница от сензорния блок на въздушната възглавница, който се регистрира от ECU на двигателя; ECU на двигателя изключва релето на прекъсвача. След изключване подаването на гориво може да се възобнови и двигателят да се стартира чрез завъртане на ключа в контактния ключ от позиция OFF в позиция ON.

Контрол на изключване на климатика

При модели без климатик ECU на двигателя регулира скоростта на вентилатора на охладителната система въз основа на сигнали от сензора за температура на охлаждащата течност.

Моделите с климатик имат две скорости на охлаждащия вентилатор: ниска и висока. ECU на двигателя дава команда за включване на висока скорост в зависимост от сигналите от сензора за температура на охлаждащата течност и сензора за налягане на климатика. Контролът на ниските обороти се извършва от блока за управление на климатика.

Функция за управление на стартера "Полуавтоматичен старт"

Новият модел автомобил използва функцията за управление на стартера "Полуавтоматичен старт". Когато натиснете бутона за стартиране на двигателя, тази функция остава активна, докато двигателят стартира. Педалът на спирачката трябва да бъде натиснат (при модели с мултимодална механична трансмисия M-MT) или педала на съединителя (при модели с ръчна скоростна кутия). Това повишава надеждността на стартиране на двигателя и елиминира възможността стартерът да работи след стартиране на двигателя.

Ако ECU на двигателя получи стартов сигнал от захранващия ECU, системата следи сигнала за скоростта на двигателя (NE) и не изключва стартера, докато двигателят не стартира. Освен това, ако ECU на двигателя получи сигнал за стартиране от ECU на електрическата система, но определи, че двигателят вече работи, той няма да включи стартера.

Принцип на действие

Както е показано на Фигура 2.56, когато ECU на двигателя получи стартовия сигнал (STSW) от ECU на захранването, ECU на двигателя извежда сигнали STAR и ACCR към ECU на захранването. Последният от своя страна изпраща сигнал към релето на стартера за включване на стартера. Ако двигателят вече работи, ECU на двигателя не изпраща сигнали STAR и ACCR към ECU на захранването. Следователно ECU на системата за захранване не захранва релето на стартера.

След задействане на стартера и след като скоростта на коляновия вал надвиши приблизително 500 min⁻¹, ECU на двигателя определя, че двигателят е стартирал и изключва стартера.

Ако двигателят има повреда и не стартира, стартерът работи за максимално допустимото време и след това се изключва автоматично. Максималното време на работа на стартера е приблизително 2 до 25 s, в зависимост от температурата на охлаждащата течност. При много ниска температура на охлаждащата течност стартерът работи около 25 s, а при достатъчно загрял двигател стартерът работи не повече от 2 s.

За да се елиминира допълнителното натоварване от нестабилно напрежение по време на стартиране на двигателя, системата прекъсва захранването на спомагателното оборудване през това време.

Системата осигурява следните нива на защита:

• ако двигателят вече работи, стартерът няма да се задейства дори ако завъртите ключа за запалване в положение START;
• дори ако водачът държи ключа за запалване в позиция START, след като двигателят стартира с половин оборот, ECU на двигателя ще изключи стартера, когато оборотите на двигателя достигнат приблизително 1200 min⁻¹ или повече;
• дори ако водачът държи ключа за запалване в позиция START и двигателят не стартира, ECU на двигателя ще изключи стартера след приблизително 30 секунди;
• ако ECU на двигателя не получи сигнал за скоростта на двигателя, когато стартерът работи, той незабавно спира да изпраща сигнали STAR и ACCR.

Диагностика

Диагностична система тип EURO-OBD (Европейска бордова диагностика), използван при двигатели 1ZZ-FE и 3ZZ-FE, отговаря на изискванията на европейските стандарти.

Ако ECU на двигателя открие повреда, той диагностицира и записва дефектния компонент в своята памет. Освен това, за да информира водача, предупредителната лампа на двигателя Chk Eng на арматурното табло свети постоянно или започва да мига.

ECU на двигателя също така записва в паметта си електронни DTC кодове на всички неизправности. Тези кодове могат да бъдат прочетени с помощта на микропроцесорен тестер P.

Всички DTC съответстват на SAE кодове. Някои DTC са разделени на по-малки подраздели от преди и към подразделите са присвоени нови DTC.

Препоръка за техническо обслужване

За да изчистите DTC, съхранени в паметта на ECU на двигателя, използвайте Microprocessor Tester II или изключете клемата на батерията или отстранете EFI предпазителя за поне една минута.

Работа на системата в авариен режим

Когато се открие неизправност, ECU на двигателя изключва или превключва двигателя в авариен режим на работа въз основа на данните, записани в паметта.

Таблица 2.9. Работа на системата в авариен режим