Необходим ремонт блоков управления двигателем только тогда ,когда при диагностике компьютером он показал ошибку. В первую очередь нужно выяснить причину, по которой блоку необходим ремонт. Иными словами, прежде ,чем отдать блок в ремонт, необходимо пройти диагностику на машине. Это нужно для того, что бы максимально точно выяснить симптомы неисправности блока.
Понять, что ваш блок управления нуждается в ремонте не так уж и сложно. Для этого необходимо знать принцип самой работы электронных систем и мотора. Исходя из практики, очень много электронных блоков, а так же электронных систем в целом, ремонтируются беспричинно. Такое чаще всего происходит из-за некомпетентности персонала автосервисаили из-за отсутствия электрических схем.
Некоторые автолюбители самостоятельно приступают к поиску неисправностей. В некоторых случаях, для того ,что бы завести двигатель, это единственный выход из ситуации. Таким образом, можно проверить отсутствие искры или импульсов форсунок. Что бы убедиться наверняка, что в данной неисправности виноват именно блок управления, первым делом необходимо проверить поступление питания на него.Затем проверяется датчик коленвала, а так же проводка на наличие утечек.
Датчик коленвала проверяется тестером. Измеряется его сопротивление и эти значения сравниваются со значением, которое прописано в технических мануалах. В случаях, когда датчик коленвала основывается на эффекте холла, измерить импульсы можно прокручивая мотор стартером. А вот чтоб проверить импульсы датчика коленвала, нужно использовать осциллограф на разъеме блока управления мотором. Если все в норме с датчиком коленвала, а блок управления не дает импульсов, то только тогда можно предположить, что неисправен блок управления двигателем.
Для примера мы предлагаем рассмотреть ремонт блока в автомобиле Ford. В машинах такой марки не редко поломкой блока управления мотором является неисправность каскада управления зажиганием и микроконтроллера. Именно микроконтроллер отвечает за работу всего этого каскада. Что бы починить блок управления двигателем, необходима замена каскада и микроконтроллера.
Необходимо поменять так же некоторые другие периферийные детали. Когда ремонт блока завершен, нужно заменить катушки зажигания. Давайте рассмотрим ремонт блоков управления двигателем автомобиля Nissan. Стоит отметить основные неисправности блока управления у автомобиля такой марки. В первую очередь становиться неисправным регулятор холостого хода.
А так же пропадает управление зажиганием и управление форсунками. А вот у автомобиля марки Volkswagen пропадает управление катушек зажигания. Есть так же такая поломка как постоянно открытые форсунки. Автомобили марки Mitsubishiи Hyundai приходиться ремонтировать из-за вышедшего из строя каскада управления катушками зажигания, из-за самих катушек зажигания и из-за неисправности цепей катушек зажигания.
vsepoedem.com
Автомобили уже давно обросли всякой электроникой, так обросли, что просто жуть: в дверях контроллер, в фарах контроллер, в тормозах контроллер, ну и в двигателе, как без него. Обычно, когда речь заходит о блоке управления двигателем (ECU) представляется бензиновый мотор, обвешанный датчиками, исполнительными элементами и жгутами проводов. Блок управления чутко считывает параметры датчиков, корректирует смесь и начало искрообразования. Сложно! Но энтузиасты создают свои блоки управления, пишут альтернативные прошивки чтобы выжать лишнюю «пони», обойти какую-то неисправность или просто для повышения навыков. Причем, как правило, на такой шаг авторов толкают обстоятельства, к примеру недовольство контактной системой зажигания у бензиновых моторов, легкий некомплект электрики и так далее.
Именно о таких обстоятельствах и о дизельном двигателе и пойдет речь.
Итак, постановка задачи:
Дано:
Потом стали делать насосы посложнее, распределенного типа. Плунжеров там один-два, топливо под давлением уже распределяется по цилиндрам специальным механизмом. Управление посложнее, но всё же механическое — рычаг газа и всё.
Полностью электронные системы впрыска сменили механические — каждая форсунка открывается по команде с блока управления, точно дозируя топливо и обеспечивая ну самый экологичный и экономичный режим работы двигателя.
Мой насос застрял где-то между механическим распределительным и электронным. По сути — распределительный насос роторного типа (производитель Lucas-Delphi), с одним единственным исполнительным элементом: клапаном опережения впрыска. Когда я только приобретал насос, я не придал значения странному соленоиду в боку насоса, и решил «станет».
Что за опережение впрыска? Как выяснилось позже, необычайно важный параметр в работе двигателя. От него зависит и приемистость, и максимальные обороты, и расход двигателя. Аналог на бензиновых моторах — УОЗ (угол опережения зажигания).
Суть этого самого угла опережения впрыска проста: чтобы сгореть топливу в цилиндре требуется время. Чем выше обороты двигателя, тем меньше времени есть у топлива, и поэтому его надо впрыснуть в цилиндр пораньше, чтобы после прохождения поршня через ВМТ топливо уже горело и отдавало энергию маховику. На низких оборотах наоборот, впрыскивать топливо надо сразу у ВМТ, чтобы оно начало гореть не заранее, и не создавало нагрузку на идущий вверх поршень. На холодном двигателе впуск надо делать раньше, на горячем — позже. Под нагрузкой — раньше (топлива больше), без — позже. Вот такая вот наука в одном параметре.
Беглое гугление показало довольно скудный объем информации по вариантам регулирования — очевидно это удел разработчиков топливной аппаратуры, даже ремонтники не оперируют какой-то теорией. Особенно печально с абсолютными значениями углов — для разных двигателей значения немного разные, и всё покрыто мраком тайны.
Понимание начало строиться с этой диаграммы:
Ну, за исключением отсутствия абсолютных значений, ничего сложного.
Вместе с теоретическими изысканиями стоило посмотреть и механический аналог всей этой системы — благо он есть в старом насосе. Механизм опережения впрыска там выполнен очень просто, даже изящно. Поршень, толкаемый давлением топлива в корпусе насоса подперт пружиной и связан с исполнительным механизмом — кольцом опережения. При возрастании оборотов давление на поршень растет и он сдвигает впрыск в раннюю сторону. При возрастании нагрузки происходит абсолютно то же. Кроме того, жесткость пружины изменяется при нажатии на педаль газа — чем больше нажата педаль, тем слабее пружина, и тем больше угол. Осталось теперь только реализовать всё то же в виде электроники, а значит пришло время оценить, что доступно из датчиков и исполнительных механизмов.
Проще всего с последними. Их ровно одна штука, клапан опережения впрыска, два провода. Представляет из себя соленоид, который отпирает топливную магистраль, тем самым понижая давление на кольцо опережения в насосе. Полностью открытый клапан соответствует минимальному опережению, закрытый — максимальному. Регулирование производится при помощи ШИМ на частоте около 50Гц. Степень регулировки высока, этим клапаном можно вытянуть целый зуб на ремне ГРМ, диапазон около 25-30 градусов. Это из плюсов. Из минусов — одному углу соответствуют разные значения заполнения управляющего сигнала в зависимости от температуры топлива. Это автоматически исключает открытую систему регулирования, и значит, пора посмотреть на датчики.
Итак, главный параметр, который контролируется системой — текущий угол опережения зажигания. Угол подразумевает значение в градусах между чем-то и чем-то. У дизельного двигателя это два датчика: датчик положения коленчатого вала и датчик подъема иглы в форсунке первого цилиндра.
Датчики в моем двигателе выполнены индуктивными. Вот картинка, которая примерно соответствует датчику положения коленвала:
Обмотка датчика подмагничивается постоянным магнитом, либо постоянным током через катушку. Изменение расстояния от датчика до магнитомягкого препятствия вызывает изменение тока через катушку, и может быть зарегистрировано как импульс напряжения на выходе датчика. Замечательно, что таким образом можно зафиксировать как приближение метки (положительный импульс) так и отдаление (отрицательный).
Однако, на дизельных автомобилях, датчик этот выполнен немного иначе — на картинке датчик взаимодействует с зубцами на маховике, в моем случае на маховике есть два углубления напротив датчика по диаметру. Они дают два импульса на оборот маховика, что означает 4 импульса на один оборот вала топливного насоса. Эту нехитрую мудрость я познал, получив сигнал, в 4 раза превышающий по частоте расчетный. В этом подходе есть плюс: так как импульса 4, можно снимать сигнал с любой форсунки.
Датчик подъема иглы выполнен так же, но в корпусе форсунки. Топливо, под давлением подрывает иглу распылителя, одновременно наводя в катушке форсунки слабый импульс.
Итак, для минимальной работоспособности системы необходимо два датчика. В моем атомобиле был (к счастью) один — датчик положения коленвала. Форсунку с датчиком пришлось приобрести отдельно, благо, на разборке стоит она совсем ничего.
Теперь сигналы надо обработать и ввести в контроллер, очередная трудность. Трудность потому, что готовой схемотехники входных цепей что-то в интернете не видать. В угаре конструирования был собран на коленке простейший формирователь сигнала: дифференциальный усилитель на LM358 и триггер Шмидта. Коэффициент усиления был выбран наобум, и равнялся примерно 50. Какова же была радость, когда с обоих датчиков я получил вполне нормальный сигнал!
Самое время было оценить реальные параметры двигателя. Так же на коленке была собран простейший измеритель угла между двух сигналов с приемлемой точностью в 1 градус. Конструкция — микроконтроллер ATMEGA8A и семисегментный индикатор для наглядности.
Данные получились немного странными. Итак, максимальное опережение согласно моему прибору — 25 градусов, минимальное, при котором двигатель не глохнет — 8. Это не вязалось с графиком из начала статьи, где фигурируют отрицательные величины угла опережения. Пришлось сделать стробоскоп, чтобы проверить, а не брешет ли кто. Выяснилось что не брешет, просто метки на маховике сдвинуты относительно ВМТ примерно на 10 градусов. Ох, что-то многовато «примерно» для регулировки одного параметра. Сначала график зависимости в попугаях, а потом неизвестная константа. На помощь пришла настройка двигателя «на слух», «на запах» и по реакции на педаль. Радости добавило то, что бывалые дизелисты на форумах дают прямо противоположные советы по настройке. У многих звон поршней и громкая работа двигателя — это запаздывание впрыска, а на деле как раз наоборот. Безумная, дизельная тяга «на низах» — следствие чрезмерного опережения впрыска, на деле — наоборот. Из собственного опыта были вынесены такие умозаключения:
На низких оборотах угол должен быть минимальным, границу можно обнаружить при запуске полностью холодного двигателя. Если глохнет после отключения свечей накала — слишком поздний угол, увеличиваем опережение. В моих попугаях это 8-9 градусов. При такой установке двигатель не глохнет при резком отпускании педали сцепления, тянет на холостых даже на 4-й передаче, ну в общем красота. Такой статический угол не подходит для комфортной работы по одной причине — двигатель невозможно раскрутить выше 1500 оборотов, и при этом он жутчайше греется, выкидывая солярку в выхлопную трубу.
Верхняя граница также обнаружилась экспериментально, угол около 25 градусов позволяет двигателю на высоких оборотах не просто крутиться, а еще и ускорять машину. При этом отсутствует характерный цокот поршней, запах выхлопа имеет здоровый, слегка «камазовый» запах, никакой кислятины и чёрного дыма. Это косвенно означает, что солярка сгорела полностью, при этом не при слишком высоких температурах.
Пришло время собрать всё это воедино, красиво оформить и откатать блок управления. Однако, радость была кратковременной. Сначала я выяснил, что простейший формирователь сигнала с форсунки очень сильно сбоит и даёт пачку импульсов вместо одного при повышении оборотов до 1800-2000 об/мин, совершенно не помогли в борьбе с этим ни защитные диоды, ни экранировка кабелей, ни игра с коэффициентом усиления, ни сборка типовой схемы формирователя из бензинового ECU. Поиск решения данной проблемы периодически всплывает на просторах рунета. Там же и был подсказан правильный ход мыслей — воспользоваться специализированной микросхемой.
Зовется она MAX9926, это целая линейка специализированных ИС для датчиков положения коленвала, датчиков ABS и прочих индуктивных. По отзывам — ну просто панацея, вытягивает полезный сигнал с уровня шумов и при наличии помех. Однако, ни найти её по месту жительства (даже не слышали), ни заказать из Китая (дорого и только крупные партии) я её не смог. Но есть ведь даташит с внутренней структурой, чего бы не повторить?
В результате родилась вот такая схема:
Интересная часть собрана на компараторе U6. По сути, это базовый компаратор-одновибратор с защелкой. Гистерезис вводится резистором R24, а резистор R23 и диод D10 задерживают задний фронт сигнала примерно на 5мс, что позволяет игнорировать все сигналы с частотой повторения выше 200 гц.
Опорный вход компаратора висит под изменяемым потенциалом, благодаря диоду D11 и резисторам R26, R27. Чем выше уровень сигнала на входе компаратора, тем выше порог его срабатывания. Это решает проблему разного уровня полезного сигнала в зависимости от частоты вращения двигателя.
Это заработало! Теперь без помех принимается сигнал и от форсунки, и от датчика коленвала. Самое время регулировать опережение впрыска. Очевидно, что для регулирования просто таки напрашивается ПИД-регулятор. Сложность, как всегда, в его настройке.
Какие-то численные методы для вычисления ПИД-коэффициентов разбиваются о полное отсутствие любых данных по реакции насоса на управление. Значит надо подбирать. Начинают все с пропорционального коэффициента, попробовав значение 1 я уже увидел работу регулятора. Время реакции такого регулятора удручает, заданный угол устанавливается примерно за 3-4 секунды и имеет склонность к колебаниям. Всё бы ничего, но в данном применении можно допустить ошибку регулирования в сторону опережения, но нельзя ни градуса в сторону запаздывания. Особенно болезненно запаздывание угла сказывается на высоких оборотах, машина вроде только ехала 100 км/ч, а вот уже тормозит двигателем как тормозами. Тогда я ввёл прямой пропорциональный коэффициент и обратный, в 4 раза больший. При уходе угла в запаздывание контроллер быстро возвращает его в безопасные величины. П- и И- коэффициенты подбирались «на глазок» по критерию отсутствия автоколебаний.
Закон изменения угла опережения от оборотов пока забит не в таблицу, а подчиняется линейному закону, без каких-то изысков. Для проверки сойдет, а там можно и заморочиться.
Датчик педали газа в насосе выполнен в виде переменного резистора на оси рычага насоса, ползунок резистора подключен к АЦП микроконтроллера. Нажатие педали «в пол» изменяет заданный угол на 2 градуса. По ощущениям — самое то, приемистость и набор оборотов двигателем хорошие.
Устройство, сначала собранное на чем попало и висевшее на проводах у мотора, перекочевало в культурный корпус блока управления тахометром, который так кстати освободился. Освободился не просто так, а вместе с герметичным 15-и контактным разъемом, куда и была подведена «коса» мотора, а штатный тахометр теперь получает сигнал с нового формирователя.
В общем, можно и нужно подводить итоги.
Разработка определенно удалась. Пару сотен километров на новом насосе не показали разницы в поведении по сравнению со старым, механическим. Расход топлива даже немного упал, и составил приятные 7.5л на сотню в городском цикле.
Навыков было получено бессчетное множество, как по теории топливной аппаратуры, так и по программированию микроконтроллеров.
UPD:
В статье забыл упомянуть важное отличие дизельного двигателя от бензинового. В бензиновом моторе приготовление топливной смеси начинается с воздуха. Отсюда обязательные атрибуты любого ЭБУ для безнина: датчик давления воздуха (относительного или абсолютного), расходомер, датчик температуры. Регулировка двигателя тоже воздухом — дроссель.
На дизеле же смесь всегда обеднена, ни о каком стехиометрическом составе смеси нет и речи. В любом режиме воздуха хватает, это заложено самой конструкцией дизельного двигателя. Регулировка исключительно количеством топлива, и учитывать воздух при работе ЭБУ не нужно. Ситуация поменялась у Common Rail дизелей, там воздух считается так же как и на бензинках, хотя ошибки по количеству воздуха дизелям не критичны.
habr.com
Поскольку сложность систем автомобиля в последнее время значительно возросла, также увеличился объем информации, сохраняемой в памяти ECU. Ранние версии программируемой системы зажигания, созданной компанией Rover, достигали точности в выборе времени зажигания ±1,8″, тогда как обычный распределитель обеспечивает точность ±8″. Информация, полученная в ходе стендовых, а также ходовых испытаний транспортного средства, сохраняется в постоянной памяти ROM. Основная карта выбора момента зажигания состоит из установок правильного опережения зажигания для 16 значений скорости и 16 значений условий нагрузки. Это показано на рисунке в виде трехмерной модели.
Рис. Трехмерная карта выбора момента зажигания, хранящаяся в ECU
Чтобы иметь набор установок для восьми скоростей и восьми температурных участков, используется отдельная трехмерная модель. Она применяется для ввода поправок к основным установкам на температуру охлаждающей жидкости двигателя. Это улучшает ходовые качества автомобиля и может применяться для ускорения прогрева двигателя. Данные также подвергаются дополнительной корректировке по нагрузке при температурах ниже 70 «С. На рисунке показана логическая блок-схема выбора оптимальной установки угла зажигания. Отметим, что для обеспечения постоянной энергии искры ECU также вводит коррекцию и по углу активации как функции частоты вращения двигателя, и по изменению напряжения батареи. Сниженное напряжение батареи требует увеличенного времени активации, повышенное напряжение — уменьшенного времени.
Рис. Блок-схема вычисления угла опережения зажигания
Типичная для большинства «компьютерных» систем блок-схема, показанная на рисунке, описывает блок управления программным зажиганием. Входные сигналы обрабатываются, и полученные данные сохраняются в оперативной памяти RAM.
Рис. Типичная для большинства «компьютерных» систем блок-схема управления для программного зажигания
Программа и значения установочных данных заранее занесены в ROM. В этих системах для выполнения команд, требуемых в соответствии с программой, используется микроконтроллер. Информация, поступающая от датчиков, преобразуется в цифровую форму в схеме АЦП. Компания Rover, как и многие другие изготовители, использует бортовой датчик давления, состоящий из анероидной камеры и тензодатчиков, измеряющих нагрузку на двигатель.
Блок-схема, используемая для представления программы, занесенной в ROM блока управления двигателем, показана на рисунке.
ustroistvo-avtomobilya.ru
