Система электронных органов управления бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
Система электронных органов управления бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
Статья знакомит читателя с электронной системой управления бензиновым двигателем 3.2L I6 Freelander 2: расположением основных датчиков, исполнительных механизмов и блока ECM. Как ECM управляет впрыском топлива, зажиганием, дроссельной заслонкой, фазами газораспределения, системой впуска, охлаждением, запуском двигателя и диагностикой неисправностей. Принципы работы ключевых узлов – датчиков MAF, MAP, ECT, HO2S, APP, катушек зажигания, форсунок, FPDM, VCT и CPS.
Модуль управления двигателем (ECM) управляет следующими функциями:
Топливная система
Опережение зажигания
Подача топлива по сигналу обратной связи
Предотвращение детонации
Регулировка холостого хода
Снижение токсичности отработавших газов
Бортовая диагностика
Круиз-контроль.
ECM контролирует подачу топлива в бензиновый двигатель 3.2L I6 Freelander 2, обеспечивая последовательный впрыск топлива во все цилиндры. Управление зажиганием осуществляется системой непосредственного зажигания, оснащенной 6 «катушками на свечах». С целью поддержания оптимальных условий работы двигателя ECM выявляет детонацию в каждом отдельном цилиндре и подавляет ее регулировкой опережения зажигания для каждого цилиндра.
ECM использует стратегию на базе крутящего момента, чтобы генерировать крутящий момент в соответствии с командами водителя и требованиями других бортовых блоков управления. ECM использует различные датчики для определения крутящего момента, который должен быть выработан бензиновым двигателем 3.2L I6 Freelander 2. ECM также обменивается данными с другими бортовыми электронными модулями управления по высокоскоростной шине CAN для получения дополнительной информации (например, о скорости колес от модуля ABS). ECM обрабатывает эти сигналы и принимает решение о величине генерируемого крутящего момента. Достижение необходимого крутящего момента осуществляется через управление различными исполнительными устройствами, обеспечивающими подачу воздуха, топлива и регулирование момента зажигания.
Кроме того, ECM использует систему электронной дроссельной заслонки, которая включает в себя электронную дроссельную заслонку в сборе и датчик положения педали акселератора (APP).
ECM также поддерживает интерфейс с системой иммобилизации, исключая возможность запуска бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2 без прохождения надлежащей авторизации.
Расположение элементов системы органов управления бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
1 – Подогреваемый кислородный датчик (HO2S) на входе каталитического нейтрализатора; 2 – HO2S на входе каталитического нейтрализатора; 3 – электромагнитный клапан регулируемого газораспределения (VCT); 4 – датчик массового расхода воздуха (MAF); 5 – задний соленоид переключения профилей кулачков (CPS); 6 – клапан расширительной воздушной камеры впускного коллектора с изменяемой геометрией; 7 – клапан впускного контура впускного коллектора с изменяемой геометрией; 8 – датчик температуры охлаждающей жидкости (ECT); 9 – датчик уровня/температуры моторного масла; 10 – блок управления двигателем (ECM); 11 – датчик положения распределительного вала (CMP) (2 шт.); 12 – датчик температуры/давления в топливной магистрали; 13 – датчики детонации (2 шт.); 14 – датчик положения коленчатого вала (CKP); 15 – электрическая дроссельная заслонка; 16 – продувочный клапан; 17 – датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP); 18 – форсунка (6 шт.); 19 – передний соленоид CPS; 20 – катушка зажигания (6 шт.); 21 – HO2S на выходе каталитического нейтрализатора; 22 – HO2S на выходе каталитического нейтрализатора
Расположение элементов системы органов управления бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
1 – датчик положения педали акселератора (APP); 2 – выключатель блокировки системы круиз-контроля; 3 – выключатель стоп-сигналов; 4 – блок управления топливным насосом (FPDM); 5 – датчик температуры окружающего воздуха; 6 – распределительная коробка аккумуляторной батареи (BJB); 7 – аккумуляторная батарея
ECM расположен на кронштейне в центральном положении на противопожарной перегородке моторного отделения. ECM прикреплен к корпусу и закреплен винтами. Корпус расположен в кронштейне и зафиксирован.
ECM получает напряжение аккумулятора от плавких предохранителей, расположенных в BJB. Чтобы исключить потерю адаптивных данных, когда бензиновый двигатель 3.2L I6 Freelander 2 выключен, подается постоянное питание аккумулятора.
Регулятор, расположенный в ECM, подает ток напряжением 5 В к внутренним элементам, таким как микропроцессорный блок. Другие элементы или функции, требующие получения полного напряжение аккумулятора, управляются внешними реле или внутренними усилительными каскадами.
Микропроцессор в ECM получает сигналы от различных элементов и модулей управления и использует программное обеспечение ECM, чтобы интерпретировать информацию, содержащуюся в сигналах, и испускать сигналы управления элементами и функциями бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2.
Блок управления бензиновым двигателем 3.2L I6 Freelander 2
ECM получает входные сигналы от следующих элементов:
Датчики CMP
Датчик CKP
Датчик давления в топливной магистрали
Датчик MAF
Датчики детонации
Датчик температуры / давления в топливной магистрали
Датчик ECT
Датчик уровня / температуры моторного масла
Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP)
Электрическая дроссельная заслонка – датчик положения дроссельной заслонки
Датчик АРР
Модуль контроля утечек в топливном баке (только NAS)
Управление вентилятором системы охлаждения
Подогреваемые кислородные датчики (HO2S)
Выключатель стоп-сигналов (через центральную электрораспределительную коробку (CJB))
Переключатель блокировки системы управления скоростью
Датчик температуры воздухозабора (IAT)
Датчик температуры окружающего воздуха (AAT)
Модуль управления коробкой передач (TCM).
ECM посылает выходные сигналы к следующим устройствам:
Главное реле
Реле системы кондиционирования (A/C)
Топливные форсунки
Катушки зажигания
Управление вентилятором системы охлаждения двигателя
Электрическая дроссельная заслонка
Блок управления электрическим топливным насосом
Электромагнитные клапаны регулируемого газораспределения (VCT)
Орган управления реле стартера
Клапаны управления регулируемым впускным коллектором
Электромагнитные клапаны изменения профиля впускного распределительного вала
Модуль управления коробкой передач (TCM).
ECM оптимизирует динамические характеристики бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2, интерпретируя сигналы, поступающие от многочисленных датчиков автомобиля, и другие входные сигналы. Некоторые из этих сигналов инициируются действиями водителя, некоторые поставляются датчиками, расположенными на двигателе и около него, а некоторые предоставляются другими системами автомобиля.
Принципы работы
Процесс запуска
ECM разрешает проворачивание бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2, зажигание и работу форсунок только при удовлетворении следующих условий:
По проводному соединению от блока управления коробкой передач (TCM) получен сигнал стояночного/нейтрального положения
По проводному соединению от центральной распределительной коробки (CJB) получен сигнал зажигания
По проводному соединению от центральной распределительной коробки (CJB) получен сигнал запроса на проворачивание коленчатого вала
Подтвержден кодированный обмен данными между щитком приборов и ECM. Прежде чем CJB отправит по проводному соединению сигнал зажигания, она должна успешно выполнить следующие действия:
Обмен кодированными данными с блоком управления запуском для подтверждения действительности пульта ДУ.
Кроме того, прежде чем CJB отправит по проводному соединению сигнал запроса на проворачивание коленчатого вала, она должна получить следующие сигналы:
Сигнал тормоза от выключателя блокировки системы круиз-контроля
Сигнал по проводному соединению от узла рычага селектора о том, что коробка передач находится в стояночном (P) или нейтральном (N) положении.
Когда пульт дистанционного управления вставляется в блок управления пуском и нажимается кнопка остановки/пуска, блок управления пуском подает сигнал напряжения аккумулятора по шине LIN к CJB и топливный насос включается на 2 секунды, чтобы заправить топливную систему. CJB использует этот сигнал вместе с сигналом выключателя стоп-сигналов и выдает сообщение с запросом на проворачивание по высокоскоростной шине CAN к ECM.
Затем ECM при получении сообщения с запросом на проворачивание подает питание и обеспечивает заземление реле стартера в BJB, замыкая контакты реле. Напряжение от аккумуляторной батареи подается через предохранитель и реле стартера к катушке электромагнита стартера. Катушка возбуждается, замыкая контакты электромагнита и позволяя напряжению поступать прямо (через плавкий предохранитель) от аккумулятора, чтобы активировать стартер, проворачивать бензиновый двигатель 3.2L I6 Freelander 2 и одновременно включать топливный насос.
ECM позволяет стартеру работать до запуска бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2, что регистрируется по частоте вращения коленчатого вала двигателя, которая начинает превышать предварительно заданное значение.
Автоматический пуск
ECM имеет функцию автоматического пуска, которая позволяет бензиновому двигателю 3.2L I6 Freelander 2 продолжать проворачивание двигателя, если кнопка остановки/пуска отпущена. Стартер будет работать до тех пор, пока двигатель не запустится или не истечет предварительно заданный период времени, продолжительность которого базируется на температуре охлаждающей жидкости двигателя. Низкие значения температуры охлаждающей жидкости двигателя позволяют увеличивать время проворачивания. Если двигатель не вращается или частота его вращения низкая, ECM отключает линии электропитания и "массы" от реле стартера, останавливая процесс проворачивания коленчатого вала.
Предотвращение пуска
Работа стартера не допускается или будет прервана, если:
двигатель работает и частота вращения коленчатого вала двигателя превысила предварительно заданное значение
обмен кодированными данными между щитком приборов, ECM, CJB и модулем управления пуском не смог идентифицировать пульт дистанционного управления
рычаг селектора не находится в положении "P" или нейтральном положении "N". Сигнал определяется по сигналу от TCM, а также переключателя положения, установленного на коробке передач
педаль тормоза не нажата.
Процесс останова бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
Чтобы остановить бензиновый двигатель 3.2L I6 Freelander 2, следует нажать кнопку остановки/ пуска. Принудительное извлечение пульта ДУ из блока управления запуском не приведет к останову двигателя. На моделях с автоматической коробкой передач, когда двигатель остановился, пульт дистанционного управления не будет отпускаться модулем управления пуском до тех пор, пока рычаг селектора не будет переведен в парковочное положение (P).
Управление дроссельной заслонкой
ECM управляет позиционированием электронной дроссельной заслонки, используя информацию от датчика APP и датчика TP. Данные от датчика давления в системе кондиционирования воздуха, TCM, датчика ECT, датчика MAF и датчика MAP/IAT также используются для определения надлежащего положения дроссельной заслонки.
Два датчика Холла в датчике TP обозначаются как датчики 1 и 2. По мере увеличения угла дроссельной заслонки увеличивается напряжение выходных сигналов обоих датчиков. Небольшое количество воздуха, проходящего через дроссельную заслонку, требует выполнения всесторонней регулировки. Поэтому рост напряжения в одном из датчиков происходит быстрее, чем в другом, что обеспечивает точность управления дроссельной заслонкой и выведение дроссельной заслонки в правильное положение.
ECM контролирует сигналы от обоих датчиков, чтобы убедиться в том, что они находятся в диапазоне между минимальным и максимальным предельными значениями, и в том, что сигналы соответствуют одинаковому положению дроссельной заслонки. При наличии разницы между сигналами блок ECM использует сигнал положения дроссельной заслонки по умолчанию, рассчитанный, исходя из нагрузки на электрическую дроссельную заслонку, частоты оборотов бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2 и сигналов давления и температуры воздуха. В качестве правильного выходного сигнала будет использоваться тот сигнал, который ближе всего к расчетному углу дроссельной заслонки. Для другого датчика будет зарегистрирован код неисправности, который можно извлечь при помощи диагностической системы, одобренной компанией Land Rover. Затем ECM контролирует выходной сигнал остающегося датчика и сравнивает его с расчетным значением. Если при сравнении выявляется наличие разницы, ECM проигнорирует выходные сигналы с обоих датчиков, отключит электронное управление дроссельной заслонкой и переведет двигатель в аварийный режим движения. Дроссельная заслонка оснащена пружинами открывания и закрывания, и ECM может измерять нагрузку, прикладываемую этими пружинами, для получения сигнала нагрузки. В случае неисправности, препятствующей работе электродвигателя заслонки, пружины возвращают дроссельную заслонку в положение, позволяющее открыть дроссельную заслонку достаточно широко, чтобы автомобиль мог двигаться, но имел пониженные ходовые характеристики.
Адаптация дроссельной заслонки
ECM имеет функцию адаптации со сбором данных, которая позволяет ECM рассчитывать точные параметры управления, требуемые для электродвигателя электронной дроссельной заслонки. Процесс адаптации выполняется, когда включено зажигание и двигатель не работает. Дроссельная заслонка перемещается электродвигателем в полностью закрытое положение, и ECM записывает значения, выдаваемые потенциометрами датчика TP.
В случае отключения постоянного электропитания блока ECM от аккумуляторной батареи предыдущие настройки будут потеряны. Если настройки сохранены, ECM сравнивает сохраненные значения с текущим углом дроссельной заслонки и использует среднее между сохраненным и текущим значениями для создания новой настройки.
В случае замены узла электронной дроссельной заслонки необходимо отключить линию электропитания от ECM, чтобы стереть все ранее сохраненные значения.
Регулировка давления топлива
Блок ECM регулирует давление топлива, обеспечивая соответствие требуемому давлению топлива и плавное управление выходной мощностью насоса, используя блок FPDM для управления работой насоса. ECM может варьировать давление топлива в диапазоне от 3,8 бар до 5 бар. Высокое давление используется только в экстремальных условиях, как например, при тяжелых нагрузках на двигатель и запуске бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2.
ECM использует сигналы от датчика давления/температуры в топливном коллекторе для получения информации о давлении и температуре топлива и задания точной продолжительности впрыска в целях улучшения запуска двигателя при всех рабочих условиях. Преимущество управления рабочим давлением топливного насоса заключается в уменьшении электропотребления насоса, уменьшении нагрузки на систему электропитания, уменьшении расхода топлива, повышении срока службы насоса и уменьшении шума топливного насоса.
При выключении зажигания FPDM уменьшает давление в топливопроводе до 2 бар, чтобы уменьшить утечку в форсунке.
Управление детонацией
Детонация происходит в цилиндре, когда топливо и воздух самовозгораются при неправильном опережении зажигания. Это может происходить или перед возникновением искры зажигания или после нее. Воздушно-топливная смесь может загораться в различных зонах камеры сгорания и это приводит к быстрому сгоранию, порождающему несколько отдельных фронтов сгорания топлива, которые объединяются вместе, генерируя механический стук. Звуки приводят к вибрации определенного типа, распространяющейся по блоку цилиндров. Эта вибрация регистрируется датчиками детонации. Эти два датчика детонации обнаруживают детонацию в цилиндрах 1, 2, 3 и 4, 5, 6 соответственно.
Вибрация воздействует на находящиеся в датчиках пьезокристаллы, которые генерируют напряжение, которое, в свою очередь, считывается ECM. ECM, используя датчики CMP и датчик CKP, может определять, в каком цилиндре(ах) возникает детонация. ECM способен фильтровать сигнал, чтобы обнаруживать вибрацию, возникающую при нормальной работе двигателя, и отделять эту вибрацию от проявлений детонации. Опережение зажигания постепенно увеличивается до следующего проявления детонации.
Как только ECM определяет возникновение детонации, используя в дополнение к сигналам от датчиков детонации другие входные сигналы, как например, сигнал температуры каталитического нейтрализатора, он при необходимости сначала уменьшает опережение зажигания и затем обогащает воздушно-топливную смесь.
Управление регулируемым газораспределением (VCT) бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
Впускной распределительный вал управляется ECM с помощью электромагнитного клапана VCT. Выпускной распределительный вал не регулируется, и его фазы газораспределения не могут быть изменены.
Оба распределительных вала приводятся в действие при помощи непрямого цепного привода от коленчатого вала. Цепь имеет привод от вала в корпусе редуктора.
VCT позволяет блоку ECM регулировать положение распределительного вала впускных клапанов относительно коленчатого вала, изменяя фазы открывания и закрывания впускных и выпускных клапанов по отношению к коленчатому валу. Это позволяет ECM обеспечить увеличение мощности бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2, улучшить качество холостого хода и уменьшить уровень вредных выбросов.
Положение впускного распределительного вала определяется ECM, используя сигналы от датчика CKP и датчиков CMP. Затем ECM может использовать электромагнитный клапан VCT для управления углом распределительного вала путем регулировки расхода масла, идущего к блоку VCT.
Распределительный вал крепится к ротору в блоке VCT. Давление масла, подаваемое к той или иной стороне блока VCT от электромагнитного клапана VCT, может поворачивать ротор, а, следовательно, и распределительный вал в любом направлении. Электромагнитный клапан VCT активируется ECM, используя высокочастотное PWM-переключение, что обеспечивает быстрое и точное управление положением впускного распределительного вала. Положение впускного распределительного вала может регулироваться в пределах 40 градусов поворота коленчатого вала.
Управление переключением профилей кулачков (CPS) бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
Впускной распределительный вал в дополнение к управлению VCT имеет функцию CPS, которая также управляется ECM. Функция управления CPS может изменять высоту подъема клапанов и форму кулачков распределительного вала путем регулировки зоны гидравлического толкателя, которая воздействует на один из двух профилей контура кулачка. Управление CPS реализуется двумя электромагнитными клапанами CPS, расположенными на каждом конце впускного распределительного вала. Электромагнитные клапаны CPS управляют положением гидравлических толкателей, которые можно вывести в одно из двух положений: низкое и высокое.
Два электромагнитных клапана CPS используются таким образом, чтобы гидравлические толкатели можно было регулировать при отсутствии приложения нагрузки, например, когда кулачки отведены от гидравлических толкателей и основная окружность воздействует на толкатель, напряжение на элементах поддерживается на минимальном уровне. Один электромагнитный клапан CPS подает давление масла к гидравлическим толкателям цилиндров №№ 1, 2 и 4, а второй электромагнитный клапан CPS подает давление масла к толкателям цилиндров №№ 3, 5 и 6.
При запуске бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2 и при низкой температуре моторного масла (ниже 40°C) блок ECM не подает давление моторного масла на гидравлические толкатели, поэтому толкатели, удерживаемые действием пружины, находятся в нижнем положении.
Управление зажиганием бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
ECM рассчитывает оптимальное опережение зажигания, основываясь на предварительно запрограммированных характеристических таблицах и информации, поступающей от следующих датчиков:
Датчик CKP
Датчики CMP
Датчик MAF
Датчик ECT
Датчик положения электронной дроссельной заслонки
Датчики детонации
TCM
Катушки зажигания
Во время запуска бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2 блок ECM использует постоянную настройку зажигания. После запуска двигателя при движении автомобиля ECM соответствующим образом регулирует опережение зажигания, используя другие параметры, такие как частота вращения, нагрузка и температура двигателя.
Как только бензиновый двигатель 3.2L I6 Freelander 2 достигает нормальной рабочей температуры, ECM контролирует сигналы от датчиков детонации. Если в каком-либо из цилиндров присутствует детонация, опережение зажигания в данном цилиндре будет уменьшено, пока детонация не исчезнет. Затем опережение зажигания постепенно увеличивается до нормы или до повторного проявления детонации.
ECM использует информацию от TCM, чтобы обеспечить ограничение крутящего момента при выполнении переключения передач. Опережение зажигания регулируется, чтобы на мгновение уменьшить крутящий момент бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2 для обеспечения плавного переключения передач и уменьшения нагрузки на коробку передач.
Управление компрессором кондиционера (A/C) бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2
ECM управляет работой компрессора A/C и через высокоскоростную шину CAN реагирует на запросы от модуля ATC. Компрессор имеет регулируемую подачу и ECM через электромагнитный клапан управляет подачей компрессора, чтобы регулировать нагрузку при определенных условиях движения.
Во время запуска бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2, в начале движения из неподвижного положения и при резком ускорении блок ECM устанавливает минимальную производительность компрессора, чтобы снизить его влияние на выходной крутящий момент. ECM использует информацию от модуля ATC, датчика давления A/C, датчика TP электронной дроссельной заслонки и датчика ECT, чтобы определить управление компрессором. Модуль ATC передает сигналы управления микроклиматом и запросы водителя к ECM, и ECM определяет приоритет этих запросов по динамическим характеристикам бензинового двигателя 3.2L I6 Freelander 2.
Подведя итог:
Материал дает комплексное представление о том, как устроена и работает электронная система управления двигателем 3.2L I6 Freelander 2. Основной акцент сделан на роли ECM, который собирает данные с многочисленных датчиков, обрабатывает их и управляет исполнительными устройствами для обеспечения стабильной работы двигателя, оптимального расхода топлива, снижения выбросов, защиты от детонации и корректной диагностики неисправностей.










































































































