Устройство и принцип работы
С 1 января 2008 года весь российский автопром полностью перешел на производство автомобилей, соответствующих экологическим стандартам «Евро-3». Это потребовало от разработчиков модернизации системы управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и, в частности, разработки новой системы управления дроссельным патрубком. В результате всем привычная педаль газа (акселератор), которая была связана механическим приводом с дроссельным патрубком, заменена на датчик определения положения педали газа, который размещен непосредственно в педали акселератора. А сигнал с датчика поступает и обрабатывается электронным дроссельным модулем.
В статье затронуты вопросы по работе электронного привода акселератора современных автомобилей. В качестве примера приведен электронный привод дроссельной заслонки автомобилей AUDI.
В этом материале так же будет рассмотрена электронная система управления дроссельным патрубком двигателей «ЗМЗ 40524/ 40904», выполненных под нормы ЕВРО-3 , которыми комплектуются автомобили Горьковского и Ульяновского автозаводов.
Для решения данной задачи был применен современный электронный блок управления (ЭБУ) отечественного производства «МИКАС 11ЕТ» или импортный аналог фирмы BOSCH.
Модуль управления дроссельного патрубка для норм токсичности «Евро-3»
На рис. 1 показана блок-схема управления работой модуля дроссельного патрубка для систем управления двигателем «Евро-3».
Рис. 1. Блок-схема управления работой модуля дроссельного патрубка для систем управления двигателем «Евро-3»
В нем используется резистивный датчик педали акселератора, который состоит из двух потенциометров, механически связанных с педалью газа.
Общий вид конструкции электронного акселератора, установленного на автомобиле УАЗ — 3163 «Патриот», показан на рис. 2, а фрагмент принципиальной электрической схемы подключения модулей электронного акселератора и дроссельного патрубка к ЭБУ — на рис. 3.
Рис. 2. Внешний вид электронного акселератора НАЗ-3163 «Патриот»
Рис. 3. Фрагмент схемы подключения модулей электронного акселератора и дроссельного патрубка к ЭБУ
В данных автомобилях используются дроссельные патрубки фирм BOSCH/SIEMENS с диаметром проходного канала 60 мм.
При запуске двигателя ЭБУ считывает и обрабатывает сигналы от датчиков, установленных на двигателе и других узлах автомобиля.
При этом реализуется управление дроссельной заслонкой, которая регулирует подачу воздушной смеси в цилиндры ДВС во всех его режимах.
Из конструкции дроссельного патрубка исключен канал регулятора холостого хода, так во время работы ДВС на холостом ходу ЭБУ выставляет приоткрытое положение дроссельной заслонки, обеспечивая тем самым необходимый расход воздуха в данном режиме. Также система управления обеспечивает работу автомобиля при включении дополнительных нагрузок — гидроусилителя руля, системы АBS, кондиционера и т.д.
Модуль дроссельного патрубка конструктивно состоит из корпуса, выполненного из композитного материала, заслонки, связанной механически с помощью 2-ступенчатого редуктора с возвратной пружиной и электродвигателя. В состав модуля так же входит датчик положения дроссельной заслонки магниторезистивного типа.
На рис. 4 показана конструкция дроссельного патрубка, а на рис. 5 — расположение модуля на автомобиле УАЗ «Патриот».
Рис. 4. Конструкция дроссельного патрубка автомобиля УАЗ «Патриот»
Рис. 5. Рассположение модуля дроссельного патрубка на автомобиле УАЗ «Патриот»
В отличие дроссельного патрубка с механическим приводом, в конструкции модуля дроссельного патрубка отсутствуют штуцеры подвода и отвода охлаждающей жидкости. Данное решение связано с отсутствием «прилипания» дроссельной заслонки с корпусом патрубка в условиях низких температур.
Исправность системы управления патрубком дроссельной заслонки индицирует лампа, расположенная на щитке приборов.
Так, при нормальной работе всех систем автомобиля, оснащенного ЭБУ «МИКАС 11ЕТ» или его аналога, индикаторная лампа включается после включения замка зажигания. После того, как система самодиагностики не обнаружила неисправностей, лампа через некоторое время гаснет. Во время возникновения неисправности лампа горит постоянно.
В таблице приведены коды ошибок, вызванные неисправностями рассматриваемой системы при движении автомобиля на прогретом двигателе.
Коды ошибок системы самодиагностики при неисправностях системы управления патрубком дроссельной заслонки
|
Код ошибки |
Реакция лампы |
Неисправность |
Определение источника неисправности |
|
Р2112 |
вкл |
Двигатель не развивает необходимую мощность | Проверить работу дроссельной заслонки, разницу между текущим положением заслонки и места установки заслонки ЭБУ |
|
Р1632 |
— |
Двигатель не развивает необходимую мощность, ограничение вращения коленчатого вала | Проверить работу дроссельной заслонки, возвратной пружины |
|
Р2127 |
вкл |
Двигатель не развивает необходимую мощность | Проверить работу датчиков педали газа |
|
Р0122 |
вкл |
Двигатель иногда не развивает мощность | Проверить работу дроссельного патрубка, датчиков положения дроссельной заслонки |
Модуль управления дроссельного патрубка для норм токсичности «Евро-4»
Внешне конструкция электронного дроссельного патрубка для норм токсичности «Евро-4» ничем не отличается от конструкции модуля для «Евро-3». Изменения претерпели электронная часть, кроме того, приводной электродвигатель постоянного тока заменен на шаговый двигатель. Также датчик положения педали газа резистивного типа заменен на датчик индуктивного типа.
Конструкция этого датчика состоит из печатной платы, на которой расположены обмотки возбуждения электронного модуля управления и ротора. Ротор датчика выполнен в виде короткозамкнутого штампованного контура из нержавеющей стали, закрепленного на подвижной части.
На рис. 6 показано устройство датчика, построенного на основе индуктивного измерения углового положения, а на рис. 7 — конструкция педали акселератора и датчика положения.
Рис. 6. Устройство индуктивного датчика
Рис. 7. Конструкция педали акселератора и датчика положения
Применение в конструкции дроссельного патрубка шагового двигателя позволило оптимизировать управление ДВС за счет более точного контроля дроссельной заслонкой на разных режимах, тем самым реализовано значительное снижение количества вредных выбросов в выхлопных газах, а также обеспечивается экономия топлива.
Конструкция шагового двигателя во многом схожа с устройством шагового двигателя регулятора холостого хода (РХХ), описанного в [3].
В состав дроссельного патрубка, входит микропроцессорная система управления и считывания сигналов с датчиков.
Обмен информацией между микропроцессорными модулями дроссельного патрубка, педали акселератора, ЭБУ и другими электронными системами автомобиля происходит посредством CAN-шины [4].
На рис. 8 показана структурная схема электронного патрубка дроссельной заслонки для норм токсичности «Евро-4».
Рис. 8. Структурная схема электронного патрубка дроссельной заслонки («Евро-4»)
Необходимо отметить, что в модернизированном модуле применена система автоматической защиты от нагрузки на ДВС во время переключения скорости (механическая КПП) — синхронизации работы двигателя и АКПП. В данном режиме ЭБУ выполняет оптимальный расчет положения дроссельной заслонки.
Кроме того, ведутся разработки по объединению в одном корпусе дроссельного патрубка нескольких датчиков (абсолютного давления и температуры воздуха), которые подключены к одному микроконтроллеру управления и связаны через CAN-шину с центральным ЭБУ Тем самым, разрабатывается концепция работы интегрированного узла дроссельного патрубка ЭСУД.