7 Разработка системы диагностирования системы зажигания бензинового двигателя автомобиля Land Rover Discovery Sport

7.1 Функциональная схема и описание объекта диагностирования

Схема системы зажигания бензинового двигателя автомобиля Land Rover Discovery Sport представлены на рисунках 7.1.

свеча зажигания (4 шт.); катушка зажигания (4 шт.); блок управления двигателем (ECM); датчик массового расхода воздуха (MAF); устройство подавления радиопомех (RFI); датчик детонации (2 шт.); датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP); датчики положения впускного и выпускного распределительного вала (CMP); датчик положения коленчатого вала (CKP); датчик температуры охлаждающей жидкости (ECT).

Рисунок 7.1 – Схема системы зажигания бензинового двигателя 2.0L GTDi.

Система зажигания бензинового двигателя 2.0L GTDi представляет собой систему с индивидуальными катушками прямого зажигания на каждой свече, управляемую блоком управления двигателем (ECM).

Рисунок 7.2 – Двигатель автомобиля Land Rover Discovery Sport.

Одним из объектов замены является свеча зажигания, строение которой представлено на рисунке 7.3.

1 – контактная гайка, 2 – оребрение изолятора, 3 – контактная головка, 4 – изолятор, 5 – корпус, 6 – токопроводящий стеклогерметик, 7 - уплотнительное кольцо, 8 – теплоотводящая шайба, 9 – центральный электрод с иридиевым наконечником,10 - тепловой конус изолятора, 11 – рабочая камера свечи, 12 – электрод массы с платиновым наконечником (боковой).

Рисунок 7.3 – Свеча зажигания

Принцип действия свечи зажигания достаточно простой: на центральный электрод (катод) подается напряжение 25-30 тыс. вольт, в результате чего между ним и отрицательным электродом (анодом) происходит электрический разряд – высоковольтная дуга, поджигающая топливо в цилиндре двигателя.

Свечи зажигания бензинового двигателя 2.0L GTDi устанавливаются по одной на цилиндр, между впускным и выпускным клапанами. Свечи зажигания имеют центральный электрод с иридиевым наконечником и электрод массы с платиновым наконечником. Заряд катушки зажигания проявляется на свече зажигания в виде искры при достижении требуемой разницы потенциалов между электродами. Когда разница потенциалов становится равной требуемой, возникает искра и накопленный заряд рассеивается. Катушка зажигания устанавливается на каждой свече зажигания. К линии питания катушек зажигания подключается RFI (устройство подавления радиочастотных помех).

Рисунок 7.4 – Катушка зажигания

Катушка зажигания предназначена для создания высокого напряжения, которое в дальнейшем используется свечой для образования искры. Поэтому ее исправная работа необходима для нормального функционирования системы зажигания. По сути катушка является небольшим трансформатором, на первичную обмотку которой приходит стандартные 12 В от аккумулятора, а выходит напряжение в несколько кВ. Конструктивно катушка состоит из двух обмоток — первичной и вторичной (соответственно, низкого и высокого напряжения). Однако в зависимости от типа катушки обмотки и их расположение отличаются.

Самая простая общая катушка: на первичной обмотке имеется 100...150 витков. Обмотка намотана изолированным медным проводом. Ее концы выведены на корпус катушки. Количество витков обмотки высокого напряжения составляет 30...50 тысяч (зависит от модели). Естественно, что используемый здесь провод гораздо меньшего диаметра. «Минус» вторичной обмотки подсоединен к «минусу» первичной. А «плюс» подключается к выводу на крышке. Таким образом, обеспечивается отвод полученного высокого напряжения.

Чтобы увеличить магнитное поле, обмотки наматывают вокруг металлического сердечника. В некоторых случаях для избегания перегрева обмотки, сердечник заливают трансформаторным маслом (оно не только охлаждает систему, но и является изолятором).

Теперь перейдем к рассмотрению катушки зажигания, которые используются в Land Rover Discovery Sport.

Катушки зажигания имеют первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка получает электропитание от реле зажигания, находящегося в EJB. Силовой каскад в первичной обмотке позволяет ECM в соответствующий момент прерывать подачу питания, индуцируя напряжение во вторичной обмотке, разряжаемой через свечи зажигания. Диод на стороне массы вторичной обмотки понижает любое нежелательное напряжение при включении с целью предотвращения пропусков зажигания во впускной коллектор. Силовой каскад ограничивает максимальное напряжение и ток в первичной обмотке, чтобы защитить силовой каскад и ограничить напряжение во вторичной обмотке.

Рисунок 7.5 – Устройство подавления радиопомех (RFI)

Устройство подавления радиопомех установлено на держателе жгута проводов бензинового двигателя 2.0L GTDi в передней части двигателя, рядом с вакуумным насосом. Устройство подавления радиопомех RFI представляет собой конденсатор, поглощающий электрические помехи. Электрические помехи возникают в результате работы катушек и свечей зажигания.

Рисунок 7.6 – Датчики детонации

Пьезокерамические датчики детонации позволяют ECM использовать активное управление детонацией и предотвращать повреждение бензинового двигателя 2.0L GTDi в результате преждевременного зажигания или детонации. Детонация или «стук» характерны для процесса сгорания, при котором распространение пламени происходит в зоне скорости звука. Это может происходить в конце процесса сгорания, если после начала нормального процесса сгорания несгоревшая топливовоздушная смесь на стенках камеры сгорания самовоспламеняется под воздействием повышающегося давления. Перепады давления могут повреждать поршни, прокладку головки блока цилиндров и головку блока цилиндров.

Два датчика детонации установлены с левой стороны каждого блока цилиндров под впускным коллектором: один посередине между цилиндрами 1 и 2, второй посередине между цилиндрами 3 и 4. Каждый датчик детонации закреплен винтом. Для соединения со жгутом проводов бензинового двигателя 2.0L GTDi на каждом датчике детонации имеется двухконтактный электрический разъем.

ECM сравнивает сигналы датчиков детонации со схемой, сохраненной в памяти, для определения возникновения детонации в отдельных цилиндрах. При обнаружении детонации ECM уменьшает угол опережения на данном цилиндре на несколько рабочих циклов, а затем постепенно возвращает его к изначально заданному значению.

Если сигнал датчика детонации становится недостоверным, ECM прекращает использование обратной связи в управлении зажиганием. В этих обстоятельствах ECM возвращается к базовой схеме, в которой используется смещение момента зажигания. Это предохраняет бензиновый двигатель 2.0L GTDi от повреждения при переходе на низкосортное топливо. Во всех автомобилях, кроме автомобилей для ROW (остальные страны), включается MIL (контрольная лампа неисправности), однако водитель при определённых условиях может услышать характерный металлический детонационный "стук" и отметить, при некоторых условиях, снижение мощности двигателя и плавности его работы. Если один из датчиков в любом ряду цилиндров выйдет из строя, блок управления двигателем (ECM) вычисляет значение по умолчанию.

Рисунок 7.7 – Датчики положения распределительного вала (CMP)

Используется два датчика CMP бензинового двигателя 2.0L GTDi: один для впускного распределительного вала, а другой – для выпускного распределительного вала. Датчики установлены в верхней части крышки распределительного вала, герметизированы кольцевыми уплотнениями и закреплены на крышке болтом.

Датчики представляют собой датчики Холла, считывающие положение отметчика распределительного вала. Каждый датчик получает сигнал опорного напряжения 5 В от ECM. Два последующих соединения с блоком ECM – это масса и сигнальный выход. Для определения положения и регулировки распределительного вала ECM использует сигналы с датчиковCMP и с датчика CKP.

В случае неисправности одного или обоих датчиков CMP в DTC (диагностический код неисправности) регистрируется код ECM. Возможны два типа неисправности: слишком высокая частота сигнала датчика положения распределительного вала или общая неправильность сигнала. Код DTC, зарегистрированный ECM, также может относиться к общей к полному отсутствию сигнала положения коленчатого вала или к искажению формы этого сигнала. Для определения причины неисправности следует проверить оба элемента.

В случае неисправности датчика CMP при работающем бензиновом двигателе 2.0L GTDi двигатель будет продолжать работать. После выключения двигателя коленчатый вал будет проворачиваться и двигатель будет перезапускаться, пока имеется неисправность, однако система VCT будет отключена.

Рисунок 7.8 – Датчик положения коленчатого вала (CKP)

Датчик CKP установлен в передней части бензинового двигателя 2.0L GTDi рядом со шкивом коленчатого вала/демпфером вибрации. Датчик закреплен в двигателе двумя выступами на передней крышке двигателя и прикручен болтами. Датчик получает сигнал опорного напряжения 5В от ECM. Два последующих соединения с блоком ECM – это масса и сигнальный выход.

Датчик CKP устанавливается рядом с импульсным диском, являющимся несъемной частью шкива коленчатого вала/демпфера вибрации. Импульсный диск имеет 58 зубьев и секцию с двумя отсутствующими зубьями. Этот датчик является датчиком Холла, в котором отсутствующие на импульсном диске зубья используются для определения положения и частоты вращения коленчатого вала бензинового двигателя 2.0L GTDi.

В случае неисправности датчика CKP в DTC регистрируется код ECM. В случае отказа датчика при работающем бензиновом двигателе 2.0L GTDi двигатель выключится и не будет перезапускаться до устранения неисправности.

Рисунок 7.9 – Датчик массового расхода воздуха (MAF)

Датчик MAF бензинового двигателя 2.0L GTDi генерирует цифровой сигнал, относящийся к количеству поступающего воздуха. ECM использует эти данные вместе с сигналами от других датчиков и информацией от занесенных в память карт подачи топлива, чтобы определять точное количество топлива, которое требуется впрыснуть в цилиндры.

Блок ECM сравнивает расчетное количество воздуха с оборотами бензинового двигателя 2.0L GTDi. Если количество воздуха рассчитано неверно, ECM использует заданное по умолчанию значение массового расхода воздуха, которое является средним значением оборотов двигателя в сравнении с картой характеристик. Значение массы воздуха корректируется с помощью значений для давления наддува, атмосферного давления и температуры воздуха.

Если происходит отказ датчика MAF, то ECM переходит на заданный по умолчанию алгоритм управления в зависимости от оборотов бензинового двигателя 2.0L GTDi.

Рисунок 7.10 – Датчик массового давления воздуха (MAP)

Датчик MAP бензинового двигателя 2.0L GTDi имеет трехконтактный разъем, соединяющий его с ECM. Разъем служит для подачи на датчик опорного напряжения 5В от ECM, передачи на ECM сигнала и соединения датчика с «массой».

Для измерения давления воздуха датчик MAP бензинового двигателя 2.0L GTDi использует мембранный преобразователь, позволяющий ECM определить быстрые изменения давления во впускном коллекторе после дроссельной заслонки с электроприводом. Сигнал используется в сочетании с сигналом датчика MAF для определения периода впрыска.

ECM контролирует датчик MAP бензинового двигателя 2.0L GTDi на наличие неисправностей и может сохранять коды DTC, относящиеся к неисправности. Их можно извлечь с помощью диагностической системы, одобренной компанией Land Rover. Если датчик неисправен, ECM использует значение сигнала датчика MAF в качестве замещающего.

Рисунок 7.11 – Датчик температуры охлаждающей жидкости (ECT)

Датчик ECT передает на блок ECM и на панель приборов информацию о температуре охлаждающей жидкости бензинового двигателя 2.0L GTDi.

Цепь датчика ECT состоит из делителя напряжения с термистором NTC (отрицательный температурный коэффициент) в датчике ECT. Входной сигнал на датчик представляет собой опорное напряжение 5В, которое подается через резистор, установленный в ECM. Масса датчика также соединена с ECM, который измеряет напряжение датчика. При повышении температуры охлаждающей жидкости сопротивление датчика уменьшается, и наоборот. Напряжение выходного сигнала датчика изменяется, поскольку проводимость термистора на массу зависит от температуры охлаждающей жидкости. ECM вычисляет температуру охлаждающей жидкости по таблице соотношения значений напряжения и температуры датчика.

ECM регулирует подачу топлива в соответствии с измеренной температурой охлаждающей жидкости, постоянно обеспечивая оптимальные дорожные качества. Из-за конденсации топлива на холодных стенках камеры сгорания бензиновый двигатель 2.0L GTDi требует увеличенной цикловой подачи при низкой температуре охлаждающей жидкости. Для обогащения топливо-воздушной смеси блок ECM увеличивает продолжительность открытого состояния форсунки. По мере прогрева двигателя топливовоздушная смесь обедняется.

Рисунок 7.12 – Блок управления (ECM)

ECM подключается к жгуту проводов автомобиля двумя разъемами. Блок ECM включает в себя системы обработки данных и микросхемы памяти. Выходные сигналы к исполнительным устройствам - в форме сигналов заземления, обеспечиваемых электрическими цепями выходного усилительного каскада в ECM. Некоторые выходные сигналы принимают форму управляющих сигналов стороны высокого напряжения. При обычной работе схемы возбуждения ECM выделяют тепло, которое рассеивается ребристым кожухом.

Блок ECM выполняет процедуры самодиагностики и сохраняет коды неисправности в своей памяти. Доступ к этим кодам неисправности и диагностике можно получить с помощью диагностической системы, одобренной компанией Land Rover.

Если ECM подлежит замене, новый ECM поставляется «чистым» и должен быть настроен для конкретного автомобиля при помощи диагностической системы, одобренной компанией Land Rover. Наличие флэш-памяти EEPROM (electrically erasable programmable read only memory) позволяет настраивать конфигурацию ECM с помощью внешнего устройства, используя диагностическую систему, предусмотренную компанией Land Rover, в зависимости от требований рынка или при обновлении настроечной информации. Доступ к текущим регулировочным данным бензинового двигателя 2.0L GTDi можно получить при помощи диагностической системы, одобренной компанией Land Rover. При установке нового ECM его необходимо также синхронизировать с CJB, используя одобренную компанией Land Rover диагностическую систему. ECM нельзя переставлять с автомобиля на автомобиль.