Система впрыска 'MOTRONIC' фирмы BOSCH.

Внедрение электроники в управление системами зажигания и пита­ния привело к созданию объединенного или центрального электронно­го управления двигателем. Объединенное электронное устройство на­зывают микроЭВМ, микропроцессор или контроллер. У нас первые системы объединенного управления появились на кар­бюраторных автомобилях ВАЗ-2108, -2109 и назывались МСУД (мик­ропроцессорная система управления двигателем). Системы эти выпол­няют довольно скромную задачу и предназначаются только для управ­ления зажиганием (моментом и энергией искрообразования) и элек­тромагнитным клапаном карбюратора. Системы объединенного электронного управления впрыском (сме­сеобразованием) и зажиганием имеют следующие преимущества: совмещение функций агрегатов и датчиков позволяет сократить их число; процессы зажигания и смесеобразования оптимизируются совмест­но, при этом улучшаются характеристики крутящего момента, расхода топлива, состава отработавших газов, облегчается пуск и прогрев хо­лодного двигателя; открываются большие возможности для выполнения других функ­ций: управление автоматической коробкой передач, противобуксовочной системой ведущих колес, антиблокировочной тормозной систе­мой, кондиционером, противоугонным устройством и т.п. Прежде чем перейти к рассмотрению объединенной системы элек­тронного управления обратим внимание на функциональную структу­ру этой системы и названия ее составных частей, (рис. 50). В контроллер от датчиков поступают аналоговые сигналы 1—11, (см. рис. 50), (греч. аналогиа — соответствие, сходство, подобие). Или, другими словами, к контроллеру "подаются" не непосредственно тем­пература, давление и т.д., а их электрический аналог — ток, с соответ­ствующим образом изменяющимися параметрами (напряжение, сила). В общем случае изменение токов и напряжений происходит непре­рывно по тому или иному закону, например по синусоидальному. Инте­гральные схемы микропроцессоров ЭВМ характеризуются тем, что они работают в импульсном режиме и могут находиться только в одном из двух состояний — согласно используемой в современных ЭВМ двоичной системе счисления (только две цифры — ноль и единица). Поэтому сиг­налы датчиков сначала преобразуются в "более четкие" аналоговые сиг­налы, которые в свою очередь в аналого-цифровом преобразователе 12, (см. рис. 50), превращаются в цифровую информацию.

Рис. 50. Функциональная схема электронного управления двигателем входные сигналы:
1 — угловое положение коленчатого вала, 2 — частота вращения коленчатого вала двигателя, 3 — объем всасываемого воздуха, 4 — температура всасываемого воздуха, 5 — температура охлаждаю­щей жидкости, 6 — напряжение аккумуляторной батареи, 7 — положение дроссельной заслонки, 8— информация о режиме пуска, 9 — жесткость сгорания, детонация, 10 — состояние двигателя, компрессия, 11 — лямбда-зонд. Элементы системы: 12 — аналого-цифровой преобразователь, 13 — микропроцессор, входные и выходные схемы, 14, 15 — постоянный и промежуточный блоки памя­ти, 16, 17 — каскады усиления, 18 — система питания, 19 — система зажигания
Микропроцессор 13 обрабатывает полученную информацию по про­грамме заложенной в блоке памяти 14 с использованием блока опера­тивной памяти 15. Выходные сигналы микроЭВМ не могут быть использованы для не­посредственного управления зажиганием, форсунками, насосом в связи с их малой мощностью. Только после прохождения их через выходные каскады усиления 16, 17 они превращаются в команды (электрические сигналы) воздействующие на системы питания и зажигания.

1. СИСТЕМЫ "MOTRONIC" Система "Motronic" является системой объединяющей электронные устройства смесеобразования и зажигания. В систему "Motronic" могут быть включены различные системы впрыска, например, "Мопо-Jetronic", "KE-Jetronic", " L-Jetronic" и т.д.
   
   "MONO-MOTRONIC"
   На легковых автомобилях массового выпуска применяют более про­стые и дешевые системы, например, "Mono-Motronic", (рис. 51). Ее устанавливают на двигателях небольшого рабочего объема автомоби­лей малого и особо малого класса. В системе "Mono-Motronic", в отличие от более сложных систем, (см. рис. 50), основные сигналы зависят от положения дроссельной за­слонки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Кроме того, учитываются сигналы от кислородного датчика, а также датчиков тем­пературы охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха. Рассчитан­ное микроЭВМ требуемое количество топлива посредством централь­ной электромагнитной форсунки периодически впрыскивается над дрос­сельной заслонкой и смешивается с воздухом. С учетом этих же дан­ных, но по другой программе, управляющие импульсы подаются на катушку зажигания. Система способна учитывать износ цилиндро-поршневой группы дви­гателя (падение компрессии) и изменение атмосферного давления. Ес­ли датчики начинают подавать ошибочные сигналы, информация об этом накапливается в памяти. Во время технического обслуживания она считывается диагностическим тестером, что позволяет быстро найти источник неисправности.
   
   Рис. 51. Система "Mono-Motronic":
   1 — электронный блок управления, 2 — катушка (катушки) зажигания, 3 — электрический топливный насос, 4 — регулятор холостого хода, 5 — датчик положения дроссельной заслонки, 6 — электромагнитная форсунка, 7 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 8 — датчик частоты вращения двигателя, 9 — разъем для диагностики, 10 — кислородный датчик ("лямбда-зонд"), 11 — емкость с активированным углем для сбора паров бензина (адсорбер), 12 — распределитель бесконтактного электронного зажигания, 13 — диффузор с датчиком температуры всасываемого воздуха, 14 — регулятор давления топлива, 15 — возвратный топливный клапан, 16 — топливный фильтр
   "MOTRONIC 1.1—1.3"
   Цифровые системы управления двигателем "M1.1", M1.2" и "М1.3" объединяют (интегрируют) в себе системы впрыска топлива и зажига­ния, (рис. 52). Обе системы управляются одним контроллером, пред­ставляющим собой специализированную цифровую микро-ЭВМ. В сис­темах "M1.1—Ml.3" используется электронная система зажигания, объ­единенная в системах "M1.1" и "M1.2" с системой впрыска "L-Jetronic", а в системе "М1.3" с системой "LE-Jetronic". Единый для обеих систем контроллер вычисляет оптимальные углы опережения зажигания в за­висимости от сигналов, выдаваемых датчиками.
   

   Каждой модели двигателя соответствует определенный тип контролле­ра. Поэтому при его замене обязательно убедитесь в соответствии типа нового контроллера двигателю данной модели!

   
   Количество впрыскиваемого топлива определяется контроллером в зависимости от информации, выдаваемой датчиками, измеряющими следующие параметры: объем и температуру всасываемого воздуха, час­тоту вращения коленчатого вала двигателя, нагрузку двигателя и тем­пературу охлаждающей жидкости. Основным параметром, определяю­щим дозировку топлива, является объем всасываемого воздуха, изме­ряемый расходомером воздуха, (см. рис. 37). Поступающий воздушный поток отклоняет измерительную заслонку на определенный угол, ко­торый преобразуется потенциометром в электрический сигнал, выда­ваемый на контроллер. Последний определяет количество топлива, не­обходимое в данный момент для работы двигателя, и выдает на элек­тромагнитные форсунки импульсы времени подачи топлива. Частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу под­держивается постоянной с помощью выключателя 9 (потенциометра) дроссельной заслонки, (см. рис. 52). Значения углов опережения зажигания, заложенные в запоминаю­щее устройство (блок памяти) контроллера, сравниваются с действи­тельными значениями и соответствующим образом корректируются, что позволяет исключить нарушения режима работы двигателя в ре­зультате механического износа деталей, появления негерметичности впускного тракта, изменения компрессии и т.п. На автомобилях с автоматической коробкой передач частота враще­ния коленчатого вала двигателя на холостом ходу регулируется в зави­симости от включенной передачи. Аналогично регулируется режим холостого хода на автомобилях, обо­рудованных кондиционером. Как только частота вращения коленчатого вала двигателя достигает максимально допустимого значения, по команде контроллера подача топлива к форсункам прерывается. В начальный момент пуска холодного двигателя в цилиндры впры­скивается увеличенное количество топлива. Впрыск происходит три раза в каждую группу цилиндров (первый, третий, пятый и второй, четвер­тый, шестой; или первый, четвертый и второй, третьей группы соот­ветственно для 6-ти и 4-х цилиндровых двигателей) в течение первых трех оборотов коленчатого вала. Степень обогащения рабочей смеси определяется температурой ох­лаждающей жидкости.
   Рис. 52. Схема цифровой системы управления двигателем "Motronic 1.1—1.3":
   1 — топливный бак, 2 — топливный насос, 3 — топливный фильтр, 4 — регулятор давления топлива, 5 — катушка зажигания, 6 — измеритель расхода воздуха, 7 — форсунка, 8 — распределитель зажигания, 9 — выключатель (потенциометр) дроссельной заслонки, 10 — контроллер, 11 — поворотный регулятор холостого хода, 12 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 13 — датчик числа оборотов коленчатого вала двигате­ля, 14 — накопитель топлива с активированным углем, 15 — клапан вентиляции, 16 — реле включения топливного насоса
   
   Во время пуска холодного двигателя начальная подача топлива че­рез форсунки уменьшается в зависимости от температуры охлаждаю­щей жидкости и частоты вращения коленчатого вала, чтобы избежать переобогащения рабочей смеси. Если в течение одной минуты пред­принимается несколько попыток запустить двигатель, количество впрыскиваемого топлива уменьшается по сравнению с начальным мо­ментом пуска. После запуска двигателя (начиная с частоты вращения коленчатого вала 600 об/мин) впрыск топлива происходит лишь один раз за оборот коленчатого вала в одну из двух групп цилиндров, т.е. во второй, четвер­тый и шестой (первый, четвертый) цилиндры при первом обороте ко­ленчатого вала и в первый, третий, пятый (второй, третий) цилиндры при втором обороте. Во время прогрева двигателя (до того, как температура охлаждающей жидкости достигает 70°С) продолжительность впрыска топлива также увеличивается в зависимости от частоты вращения и температуры охла­ждающей жидкости согласно введенной в контроллер программе. Каждая из групп форсунок (6-ти цилиндровый двигатель — вторая, четвертая, шестая и первая, третья, пятая) управляется отдельным выходным каскадом усиления тока. Это позволяет разделить цикл впры­ска топлива по двум группам цилиндров. Тем самым обеспечивается работа двигателя даже в случае выхода из строя системы зажигания группы цилиндров. Как только частота вращения коленвала превысит 600 об/мин, впрыск топлива происходит только один раз за два оборота коленчатого вала в одну из групп цилиндров. В шестицилиндровом двигателе такой вид управления впрыском возможен только, если контроллер получает сиг­нал от датчика момента зажигания, установленного на свечном прово­де шестого цилиндра. Если датчик момента зажигания не выдает сиг­нал на контроллер, происходит одновременный впрыск через все фор­сунки при каждом обороте коленчатого вала. В системе "Motronic 1.3" на автомобилях с автоматической короб­кой передач с гидравлическим управлением предусмотрена блокиров­ка принудительного включения низшей передачи. Начиная с опреде­ленной скорости движения автомобиля, в зависимости от типа двига­теля и передаточного числа главной передачи, переключение с IV на III передачу блокируется контроллером, который выключает один из электромагнитных клапанов автоматической коробки передач.
   
   САМОДИАГНОСТИКА
   Система самодиагностики обнаруживает нарушения в работе кон­троллера и элементов системы "Motronic" и вводит их в запоминающее устройство контроллера.
   При неисправности датчиков температуры охлаждающей жидкости, температуры всасываемого воздуха, потенциометра измерителя расхо­да воздуха, контроллер начинает работать согласно величинам, прини­маемым "по умолчанию" (умолчание — это выбор программой значе­ния переменной при отсутствии поступления информации о ней из­вне). После возвращения контроллера к нормальному режиму исполь­зование величин, принимаемых "по умолчанию", прекращается.
   Для облегчения поиска неисправностей предусмотрена возможность затребования текущих параметров посредством контроллера и приве­дения в действие того или иного элемента системы.
   Для поиска неисправностей, введенных в запоминающее устройст­во контроллера необходимо использование диагностических стендов фирмы, выпустившей автомобиль.
   
   "MOTRONIC 1.7"
   Система "Motronic 1.7" является модификацией системы "Motronic 1.3". Основное отличие модифицированной системы заключается в использова­нии устройства распределения зажигания без подвижных частей, что обу­словило применение четырех (4-цилиндровый двигатель) выходных каска­дов зажигания вместо одного, как в традиционных системах. Такая система зажигания получила название — полностью электронная "статическая". Если обратиться к рис. 52, то можно обнаружить следующие отли­чия системы "М 1.7" от "М 1.3": вместо выключателя дроссельной заслонки 9 устанавливается по­тенциометр, вместо общей катушки зажигания 5 устанавливается по одной ка­тушке на каждый цилиндр, отсутствует распределитель зажигания. Полностью электронная "статическая" система зажигания, когда ка­тушка зажигания каждого цилиндра управляется своим выходным кас­кадом контроллера, позволяет не только выдавать на свечи зажигания ток высокого напряжения, достигающего 32 кВ, но и быстро изменять угол опережения зажигания в каждом цилиндре. Кроме того, диапазон регулирования угла опережения зажигания увеличен примерно на 10° и составляет 59° (по коленчатому валу) для каждого цилиндра. Для контроля за очередностью работы цилиндров в системе "М 1.7" используется датчик углового положения распредели­тельного вала. При рассматриваемой системе зажигания рекомендуется примене­ние свечей с тремя "массовыми" электродами, например, BOSCH SUPER W7DTC. Их рекомендуется заменять через 30 тыс. км, тогда как с одним электродом, например, BOSCH SUPER W7DC, через 15 тыс. км.
   
   "MOTRONIC 3.1" Система "Motronic 3.1" (рис. 53) является модификацией системы "Motronic 1.7". Основные различия между этими системами заключа­ются в следующем: увеличена производительность контроллера; применен измеритель массы воздуха термоанемометрического ти­па, с нагреваемым проводником; применен последовательный режим впрыска топлива. Каждая форсунка управляется отдельным выходным каскадом кон­троллера. Этим достигается высокая точность дозировки впрыскиваемого топлива и быстрая реакция системы на изменения нагрузки двигателя. Во время и сразу же после пуска двигателя (начиная с частоты вра­щения коленчатого вала около 600 об/мин) впрыск топлива происхо­дит отдельно в каждый цилиндр через каждые 120° угла поворота ко­ленчатого вала (три раза за один оборот). На автомобилях с автоматической коробкой передач система "М 3.1" получает сигнал об установке рычага селектора в положение "I", "II", "III" или "D" и регулятор холостого хода увеличивает подачу топлива, чтобы компенсировать падение оборотов коленчатого вала дви­гателя в результате включения гидротрансформатора крутящего момента. На автомобилях с кондиционером после получения контроллером сигнала включения кондиционера, он начинает следить за режимом холостого хода корректируя частоту вращения коленчатого вала при включении компрессора кондиционера. На автомобилях с нейтрализатором отработавших газов по сигналу ^-зонда контроллер системы "М 3.1", в зависимости от того рабочая смесь переобогащена или переобеднена, соответствующим образом из­меняет продолжительность впрыска топлива и, следовательно, состав топливовоздушной смеси. При выходе из строя датчика концентрации кислорода корректировка состава смеси осуществляется по величине, принимаемой "по умолча­нию" (0,45 В), запрограммированной в контроллере. При этом регулиров­ка содержания окиси углерода (СО) в отработавших газах не требуется. Клапан вентиляции топливного бака 15, (см. рис. 53), с адаптивным управлением (лат. adaptatio — приспособление) работает так. Пары то­плива из топливного бака 1 подаются в двигатель через фильтр 16 с активированным углем с некоторым количеством наружного воздуха. В трубопроводе, идущему к впускному коллектору, установлен клапан, который дросселирует или свободно пропускает поток паров топлива в зависимости от режима работы двигателя. Клапан работает циклично и управляется контроллером 10 в зависимости от оборотов и нагрузки двигателя (положения дроссельной заслонки). Пока клапан находится под напряжением (более 10 В), трубопровод, идущий к впускному кол­лектору, закрыт. При снятии напряжения с клапана он может открыть­ся под действием разрежения во впускном коллекторе.
   
   Рис. 53. Схема цифровой системы управления двигателем "Motronic 3.1":
   1 — топливный бак, 2 — топливный насос, 3 — топливный фильтр, 4 — регулятор давления топлива, 5 — катушка зажигания, 6 — измеритель массы воздуха с нагреваемым проводником, 7 — форсунка, 8 — свеча зажигания, 9 — потенциометр дроссельной заслонки, 10 — контроллер, 11 — поворотный регулятор холостого хода, 12 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 13 — датчик детонации, 14 — датчик числа оборотов двигателя, 15 — клапан вентиляции топливного бака, 16 — адсорбер (емкость с активированным углем)
   Цикл удаления паров топлива начинается с включения в работу дат­чика концентрации кислорода. После каждого рабочего цикла клапан вен­тиляции топливного бака остается закрытым примерно в течение 30 с. При этом происходит корректировка холостого хода, если двига­тель работает на холостом ходу. После остановки двигателя клапан вен­тиляции остается под напряжением, т.е. закрытым в течение 3 с для предотвращения самовоспламенения рабочей смеси после выключе­ния зажигания. Затем при неработающем двигателе (клапан вентиля­ции обесточен) закрывается пружинный обратный клапан. Тем самым прекращается поступление паров топлива во впускной коллектор. Когда температура наружного воздуха повышена или в случае пре­вышения нормальной температуры охлаждающей жидкости контрол­лер вырабатывает команды на смещение угла опережения зажигания в сторону запаздывания для предотвращения детонации. В системе "Motronic 3.1" предусмотрена защита нейтрализатора от­работавших газов. Отклонения от нормальной работы первичной цепи системы зажигания обнаруживаются контроллером, который выклю­чает форсунку неисправного цилиндра. Благодаря этому предотвраща­ется поступление несгоревшей рабочей смеси в нейтрализатор. На двигателях с системой "Motronic 3.1", содержание СО в отрабо­тавших газах не регулируются. Винтов качества и количества в системе холостого хода нет вообще.
   
   "ME-MOTRONIC"
   Цифровая система "МЕ-М" объединяет в себе систему впрыска топ­лива "LE2-Jetronic", в которой помимо клапана дополнительной подачи воздуха в дополнительном воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке, имеется повторный регулятор холостого хода, и систему полностью электронного зажигания VSZ, (рис. 54). В состав кон­троллера входят аналого-цифровой преобразователь, трансформирующий аналоговые сигналы от датчиков в цифровую форму, микро-ЭВМ, вход­ные и выходные схемы с каскадами усиления мощности, (см. рис. 50). Контроллер управляет системой впрыска топлива в зависимости от: напряжения аккумуляторной батареи; режима работы стартера; частоты вращения коленчатого вала двигателя (датчик числа оборотов установлен на блоке двигателя напротив специального зубчатого венца на маховике (232 зубца) и выдает 232 импульса за 1 оборот коленчатого вала); углового положения коленчатого вала (датчик угловых импульсов генерирует импульс напряжения в момент прохождения в его магнит­ном поле специального штифта, запрессованного в маховик, этот мо­мент соответствует 100° до ВМТ);
   Рис. 54. Схема системы управления двигателем "ME-Motronic":
   1 — топливный насос, 2 — топливный бак, 3 — фильтр тонкой очистки топлива, 4 — регулятор давления, 5 — распределитель зажигания, 6 — свеча зажигания, 7 — тепловое реле времени, 8 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 9 — катушка зажигания, 10 — датчик числа оборотов двигателя, 11 — датчик угловых импульсов, 12 — зубчатый венец маховика, 13 — аккумуляторная батарея, 14 — контроллер, 15 — выключатель зажигания, 16 — воздушный фильтр, 17 — измери­тель количества воздуха, 18 — регулятор холостого хода, 19 — выключатель дроссельной заслонки, 20 — пусковая форсунка, 21 — рабочие форсунки
   сигнала от теплового реле времени (оно включено параллельно дат­чику температуры охлаждающей жидкости и замыкает его накоротко, как только двигатель достигает рабочей температуры); положения дроссельной заслонки (полная нагрузка или холостой ход); количества поступающего воздуха; температуры поступающего воздуха; температуры охлаждающей жидкости. Для управления впрыском топлива контроллер выполняет следую­щие функции: включает посредством реле топливный насос при частоте вращения коленчатого вала двигателя более 30 об/мин; управляет пуском холодного двигателя путем изменения продолжи­тельности впрыска топлива форсунками и включения пусковой фор­сунки по команде теплового реле времени в зависимости от температу­ры охлаждающей жидкости; выдает сигналы обогащения горючей смеси для увеличения числа обо­ротов после пуска в зависимости от температуры охлаждающей жидкости; регулирует работу двигателя на режиме прогрева в зависимости от температуры охлаждающей жидкости; управляет работой двигателя при разгоне в зависимости от темпера­туры охлаждающей жидкости и продолжительности разгона; корректирует подачу воздуха в цилиндры, определяемую измерите­лем расхода воздуха с встроенным датчиком температуры воздуха; управляет работой двигателя на холостом ходу и на режиме полной нагрузки в зависимости от положения контактов выключателя дрос­сельной заслонки; ограничивает число оборотов коленчатого вала двигателя путем закры­тия форсунок при частоте вращения коленчатого вала 6400±80 об/мин; прекращает подачу топлива на принудительном холостом ходу (ПХХ) при частоте вращения коленчатого вала выше 1200 об/мин и вновь по­степенно включает подачу топлива при снижении числа оборотов дви­гателя до определенного значения, изменяя продолжительность впры­ска топлива форсунками. Применяемость систем "Ecotronic", "Jetronic" и "Motronic" на раз­личных автомобилях приведена в Приложении.