Характеристика вариатора уоз феникс 611

Транскрипт

1 Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Красноярский государственный аграрный университет А.В. Кузнецов ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНЫХ МАШИН Лабораторный практикум Красноярск 2011

3 ВВЕДЕНИЕ От работы электронных систем управления в значительной мере зависит активная безопасность, экономичность, экологические качества и надежность автомобилей и тракторов. Самым удобным видом энергии, используемой для автоматизации управления мобильными энергосредствами, является электрическая энергия. Электрооборудование автомобилей постоянно и существенно изменяется. Аккумуляторные батареи стали необслуживаемые или малообслуживаемые, появились импульсные энергоемкие конденсаторы (ионисторы). Генераторы переменного тока стали более мощными, а ведущие фирмы разработали и внедряют системы электроснабжения с жидкостным охлаждением генератора и с интеллектуальной системой управления током заряда. В двигателях с искровым зажиганием появились микропроцессорные системы управления зажиганием и топливоподачей. Топливная аппаратура дизелей получила электронное управление. В системе пуска двигателя внутреннего сгорания стали использоваться электростартера с понижающим планетарным редуктором. Значительно улучшилась информационно-диагностическая система, появились маршрутные компьютеры и автомобильные навигационные системы. Применение электроники и микропроцессорной техники способствовало развитию систем активной безопасности, позволяющих в различных критических ситуациях сохранять контроль над автомобилем, или, другими словами, сохранять курсовую устойчивость и управляемость автомобиля. В последнее время появились и стали востребованными системы активной безопасности: - антиблокировочная система тормозов; - антипробуксовочная система; - система курсовой устойчивости; - система распределения тормозных усилий; - система экстренного торможения; - электронная блокировка дифференциала. Имеются также вспомогательные системы активной безопасности (ассистенты), предназначенные для помощи водите- 3

4 лю в трудных с точки зрения вождения ситуациях. К таким системам относятся: - парктроник; - круиз-контроль; - адаптивный круиз-контроль; - ассистент движения на спуске; - ассистент трогания на подъѐме; - электромеханический стояночный тормоз; - автоматический стояночный тормоз; - другие. Усложнение электрооборудования имеет и отрицательную сторону: значительное удорожание и увеличение числа отказов, приходящихся на электрооборудование. 4

6 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИСПЫТАНИЙ 1.1. Правила безопасности Источниками опасности в лаборатории являются: розетки в стенах с подведенным однофазным напряжением 220В, стенды КИ-968 с подведенным трехфазным напряжением 380В, лабораторный стенд на базе двигателя 4А-FE (Toyota) для изучения эксплуатационных свойств элементов электронной техники, а также учебные автомобили, электронное оборудование которых изучается и испытывается в процессе проведения лабораторных работ. При проведении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие правила. 1. До начала выполнения работ и после ознакомления с инструкцией расписаться в журнале по технике безопасности. 2. Включать источники питания, переключать тумблеры и вращать рукоятки можно только с разрешения преподавателя. 3. При работе с аккумуляторными батареями необходимо соблюдать следующие правила: а) аккумуляторные батареи переносить с помощью специальных приспособлений (захватов) или перевозить в специальных тележках с гнездами по размеру батарей; б) для защиты рук от ожогов серной кислотой или электролитом применять резиновые перчатки, глаза защищать предохранительными газозащитными очками; в) при приготовлении электролита серную кислоту лить тонкой струей в дистиллированную воду, непрерывно помешивая стеклянной палочкой. Приготавливать электролит в кислотоупорной посуде; г) попавшую на кожу серную кислоту или электролит немедленно смыть нейтрализующим 10 %-м раствором питьевой или кальцинированной соды. По окончании работы с кислотой руки тщательно вымыть теплой водой с мылом; д) при определении уровня электролита мерную трубку держать только над заливным отверстием аккумулятора; е) не курить и не принимать пищу; 6

8 проводить проверку состояния изоляции испытываемого оборудования без диэлектрических перчаток; оставлять без надзора щупы включенной в сеть контрольной лампы; ж) при внезапном прекращении подачи электроэнергии во время работы или перерыва в работе необходимо отсоединить стенд от электросети; з) по окончании работы на стенде надо обязательно выключить его из электросети. 5. Проверяя наличие напряжения в цепи приборов электрооборудования, следует применять вольтметр или контрольную лампу. Нельзя проверять наличие напряжения коротким замыканием, так как это может привести к ожогам и выходу из строя установки и приборов. 6. При применении электроинструмента напряжением более 36 В нужно надевать резиновые перчатки и пользоваться резиновым ковриком (или сапогами). 7. Без разрешения преподавателя студентам запрещается запускать двигатель, делать какие-либо изменения в электросхеме, подключать диагностические приборы Измерение физических величин Измерением называют процесс нахождения значения физической величины путем сопоставления с некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения. Все измерения можно разделить на две группы: прямые и косвенные. При прямых измерениях значение искомой величины находится либо сравнением ее с конкретной мерой, либо с помощью приборов, градуированных в соответствующих единицах. При косвенных измерениях значение искомой величины находится на основании прямых измерений физических величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью. Все измерения основаны на физических закономерностях, определяющих принцип измерения. Для реализации тех или иных принципов измерения используют различные средства измерений. 8

10 ные, используемые для изменения значения выходного сигнала в заданное число раз. Измерительные приборы, оснащенные измерительными преобразователями, называют измерительными устройствами. Кроме упомянутых средств измерений в настоящее время широкое распространение получают информационноизмерительные системы, использующие ЭВМ и позволяющие не только производить автоматические многоканальные измерения, но и обрабатывать результаты измерений по заданным алгоритмам. В этой связи важное значение приобретает унификация выходных сигналов различных измерительных устройств, повышающая надежность автоматизированных систем. Все существующие средства измерений в зависимости от назначения делятся на рабочие, образцовые и эталонные. Рабочие измерительные средства предназначены для практических измерений и подразделяются на технические и средства повышенной точности (лабораторные). Образцовые измерительные средства служат для поверки рабочих мер, измерительных приборов и преобразователей. Эталонные служат для воспроизведения и хранения единиц физических величин с наивысшей достижимой точностью на данном этапе развития науки и техники. Погрешностью измерений называют отклонение результата измерения величины от ее истинного значения. Погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной погрешностью измерения (1.1) Отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению величины называется относительной погрешностью измерения. В зависимости от причин, вызвавших появление погрешностей, последние принято разделять на систематические, случайные и грубые. Составляющая погрешностей измерения, представляющая собой постоянную или изменяющуюся по определенному закону ошибку, называется систематической погрешностью измерений. 10

12 1.3. Построение графических зависимостей по данным опыта Оценка испытания проводится с помощью графического изображения результатов наблюдений. Графическое изображение отличается наглядностью и легкостью обозрения результатов испытаний. Кроме этого, по графикам может определиться также величина функции для любых промежуточных значений аргумента, представляется возможность использования методов графической интерполяции и экстраполяции. Одним из способов исследования экспериментальных данных при построении графиков является способ наименьших квадратов, основанный на том, что в оптимальном случае для более достоверной кривой сумма квадратов отклонений должна быть наименьшей, тогда характеристика расположится наиболее близко к экспериментальным точкам. Построение характеристик выполняется плавными линиями через возможно большее количество точек, не допускается соединение точек прямыми отрезками, образующими ломаную линию. Линия не должна закрывать собой экспериментально полученные точки. Графики производных величин, определяемых соответствующими методами расчета по формулам, строят в виде сплошной линии так, чтобы она полностью закрывала расчетные точки, по которым строят графическую зависимость. Построение зависимостей по результатам испытаний выполняется на миллиметровой бумаге соответствующего формата согласно требованиям государственных стандартов и стандартов предприятия. Масштаб графиков выбирается таким образом, чтобы он способствовал более полному определению действительной взаимосвязи между обследуемыми величинами Оборудование и приборы Испытание автотракторного электрооборудования в лабораторных условиях производится на универсальном контрольно-испытательном стенде КИ-968-ГОСНИТИ с номинальным напряжением 12 и 24 В (рис. 1.1). Изучение электронных систем управления проводится на базе двигателя 4А-FE Toyota (рис. 1.2), а также на учебных автомобилях. 12

14 9 зажимы для испытания конденсатора; 10 гнездо подключения прерывателя; 11 гнездо "+" постоянного напряжения; 12 гнездо прерывателя стенда; 13 гнезда вольтметра стенда; 14 гнездо синхронографа; 15 зажимное устройство прерывателя и магнето; 16 вакуумметр; 17 кнопка установки на "0" измерителя угла замкнутого состояния контактов прерывателя; 18 рукоятка резистора установки на "0" измерителя угла замкнутого состояния контактов прерывателя; 19 переключатель испытания приборов зажигания; 20 измеритель угла замкнутого состояния контактов прерывателя; 21 тахометр; 22 вольтметр; 23 лампа сигнальная включения аккумуляторных батарей стенда; 24 переключатель вольтметра; 25 амперметр; 26 переключатель амперметра; 27 лампа сигнальная включения стенда в сеть; 28 рукоятка регулировки зазора между электродами разрядника; 29 реостат регулировочный; 30 реостат нагрузочный; 31 гнезда искрового разрядника; 32 лампа контрольная пробоя изоляции; 33 гнезда "~22OВ"; 34 гнездо подключения шунтовой обмотки генератора; 35 клемма "+ генератора"; 36 клемма " генератора"; 37 клемма подключения стартера; 38 муфта привода генератора; 39 переключатель рода нагрузки; 40 кнопка включения стартеров; 41 переключатель скорости электродвигателя; 42 предохранители; 43 переключатель аккумуляторных батарей; 44 рукоятка регулировки оборотов привода Контрольно-испытательный стенд состоит из следующих основных составных частей: каркаса, привода генераторов, привода прерывателей-распределителей и магнето, крепежных устройств для установки испытываемого автотракторного электрооборудования, панели приборов, панели подключения испытываемого оборудования, панели управления, блока питания и управления электроприводом. Привод генераторов предназначен для вращения испытываемых автотракторных генераторов постоянного и переменного тока и состоит из двухскоростного асинхронного электродвигателя, двухступенчатого клиноременного вариатора и выходного вала с муфтой. Конструкция привода обеспечивает плавное регулирование частоты вращения в пределах от 600 до 5500 мин -1. Для сочленения валов испытываемых генераторов с валом привода в комплекте стенда имеются муфта 968-III-00 и набор шестигранных втулок (19x19; 19x22; 19x24; 19x27). Прерыватели-распределители и магнето получают вращение от вала привода генераторов через клиноременную и фрик- 14

16 2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ На первом занятии студенты знакомятся с планом лабораторных занятий на текущий семестр, рекомендуемой литературой и принятой методикой проведения работ. При этом преподаватель указывает на специфические условия работы в данной лаборатории, знакомит с правилами электро- и пожаробезопасности при работе с электрическими цепями, аппаратами и двигателем автомобиля. Каждый студент должен воспринять и запомнить сообщенную преподавателем информацию и подтвердить это росписью в специальном журнале кафедры об ознакомлении его с мероприятиями по безопасному выполнению работ в лаборатории и обязательстве не нарушать установленные правила. Выполнение всех лабораторных работ, предусмотренных программой данного курса, является обязательным для студента. Если пропущено занятие, то в следующее посещение студент выполняет не пропущенную работу, а положенную по графику. Пропущенные работы отрабатывают в часы, согласованные с преподавателем, с другой подгруппой. Выполнение работ студентом в одиночку не допустимо. Лабораторная работа состоит из трех этапов. Первый самостоятельная подготовка: ознакомление с содержанием работы, устройством и принципом работы узлов и систем электрооборудования, параметрами и характеристиками, подготовка журнала наблюдений, выполнение схем. Второй этап выполняется в лаборатории на занятиях: ознакомление со стендами и приборами, сборка электрической схемы, измерение необходимых параметров и снятие характеристик. Данные об измеряемых параметрах и снимаемых характеристиках вносят в журнал наблюдений. Третий этап подразумевает самостоятельную работу студента: оформление отчета, обработку данных, анализ полученных графиков. Отчет по каждой лабораторной работе должен содержать наименование и цель работы, схему установки или схему из- 16

18 2.1. Лабораторная работа 1 ИЗУЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ Цель работы: изучение систем впрыска бензиновых двигателей, назначения, принципов действия, устройства и основных электрических характеристик компонентов. Обзор систем впрыска бензиновых двигателей Системы впрыска бензиновых двигателей отличаются по месту образования топливо-воздушной смеси. Существуют системы впрыска с внешним и с внутренним смесеобразованием. Системы впрыска с внешним смесеобразованием В этих системах рабочая смесь образуется за пределами камеры сгорания, во впускном коллекторе. Внутри этой группы систем впрыска имеются две подгруппы: системы многоточечного впрыска топлива (Multi Point Injection); система одноточечного впрыска топлива (Single Point Injection). Система многоточечного впрыска топлива (Multi Point Injection) В такой системе каждый цилиндр имеет свою форсунку, топливо впрыскивается непосредственно на впускной клапан каждого цилиндра (рис. 2.1, а). Эволюция этой системы впрыска прошла следующие этапы: механическая система впрыска топлива K-Jetronic. В ней масса впрыскиваемого топлива определяется дозирующим распределительным устройством, от которого топливо поступает в форсунку, открывающуюся при определенном давлении. Затем происходит постоянный впрыск топлива; электронно-механическая система впрыска топлива KE-Jetronic, это та же система K-Jetronic, дополненная электроникой, управляющей работой бензонасоса и дозаторараспределителя. Электроника обеспечивает более точное управление впрыском в разных режимах работы двигателя; 18

20 впрыска были чисто механическими, самая известная из них «Kugelfischer» для автомобилей BMW. Современные системы непосредственного впрыска реализуются производителями в различных конструкциях. Например, у японского производителя Mitsubishi она называется GDI и устанавливается на автомобили с 1997 года. Конструктивно эта система похожа на систему распределенного впрыска с электронным управлением (имеется топливная рампа и электромагнитные форсунки). Диагностика компонентов ЭСУД с двигателем 4A-FE Состав и особенности конструкции ЭСУД «Toyota» ЭСУД это объединенная система управления типа Motronic с обратной связью на циркониевом датчике кислорода. К особенностям конструкции следует отнести использование в качестве измерителя расхода воздуха MAP (Manifold absolute pressure) датчика, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, пропорциональный разряжению во впускном коллекторе. Значение массы воздуха, необходимое для определений параметров впрыска, вычисляется ЕСМ по дополнительным данным IAT (Intake air temperature) датчика. Кроме того, система впуска двигателя имеет изменяемую конфигурацию, обеспечивающую ступенчатое повышение оборотов двигателя при резком увеличении нагрузки (например, при включении кондиционера). ЭСУД осуществляет автоматическое регулирование по трем параметрам; по качеству топливной смеси, обеспечивая диапазон регулирования коэффициента избытка воздуха в пределах 0,98 < λ < 1,02; по количеству оборотов х.х, обеспечивая количество оборотов х.х мин -1 во всех режимах работы двигателя; по детонации, обеспечивая с помощью датчика детонации KS и соответствующей программы ЕСМ изменение угла опережения зажигания до прекращения детонации. Это позволяет адаптировать систему к качеству залитого бензина и состоянию электромеханических параметров двигателя. 20

22 31 Battery (шина «31» бортовой сети); 50 Ignition switch-start signal (шина «50» замка зажигания); А166 Distributor (распределитель зажигания); А35 Engine control module (ЕСМ) (блок управления впрыском); А52 Ignition amplifier (усилитель зажигания); В132 Camshaft position (CMP) sensor (датчик положения распредвала); В147 Throttle position (TP) sensor (датчик положения дроссельной заслонки); В24 Engine coolant temperature (ЕСТ) sensor (датчик температуры охлаждающей жидкости); В25 Intake air temperature (IAT) sensor (датчик температуры входного воздуха); ВЗЗ Vehicle speed sensor (VSS) (датчик скорости); В54 Crankshaft position (CKP) sensor (датчик положения коленвала); В69 Knock sensor (KS) (датчик детонации); В72 Heated oxygen sensor (HO2S) (λ-зонд с подогревом или датчик кислорода); В83 Manifold absolute pressure (MAP) sensor (датчик абсолютного давления во впускном коллекторе); F Fuse (предохранитель); Н63 Engine malfunction indicator lamp (MIL) (контрольная лампочка «неисправность двигателя»); К20 Fuel pump relay (реле топливного насоса); К46 Engine control relay (главное реле питания ЭСУД); М12 Fuel pump (топливный насос); Р9 Vehicle speedometer (спидометр); S259 Park/neutral position (PNP) switch (концевик «P-N» автоматической трансмиссии); T1 Ignition coil (катушка зажигания); V14 Idle speed control (ISC) diode (диод системы холостого хода); XI Data link connector (DLC) (диагностический разъем); 22

24 зеленый, re-pink розовый, ws-white белый, x-braided cable экранированный кабель, br-brown коричневый, gr-grey серый, rt-red красный, hbl-liht blue голубой, y-high tension высоковольтный (свечной) провод, el, cream сливочный (кремовый), nf-neutral нейтральный (бесцветный), sw-black черный, hgn-light green светло-зеленый, ge-yellow желтый, og-orange апельсин (оранжевый), vi-violet фиолетовый, rbr-maroon бордовый. На рис. 2.3 показано расположение компонентов ЭСУД на кузове Toyota Carina. Проверка параметров блока управления впрыском ЭСУД В табл. 2.1 приведен порядок проверки блока управления впрыском. Данные в таблице объединены в группы, для обеспечения правильной последовательности проверки блока управления. Последовательность проверки функций ЕСМ следующая: функции обеспечения ЕСМ (электропитание, иммобилайзер, синхронизация, датчики); исполнительные функции (управление реле, зажиганием, форсунками, холостым ходом, лямбда-регулированием и дополнительными устройствами). Таблица 2.1 Распиновка и проверка ЕСМ «Toyota TCCS» Шина «30» бортовой сети Шина «50" бортовой сети Название компонента/связи Номер контакта для ЕСМ С2 В1 А2 В22 А2 В22 Тип сигнала* Условия проверки 24 Типичное значение сигнала Проверка функций обеспечения Зажигание выключено Зажигание выключено Двигатель вращается стартером В 0 В Не менее 9 В Режим осциллографа Номер осциллограммы

26 Датчик IAT Управляющий соленоид впускного коллектора Датчик KS Датчик ТР Датчик ЕСТ VSS датчик Название компонента/связи Номер контакта для ЕСМ В3 С3 В9 С9 А7 А2 В14 С13 В9 С9 В10 С11 В10 С11 В11 С1 В4 С4 В4 С4 В9 С9 С11 В9 Тип сигнала* Условия проверки Зажигание включено, температура воздуха 10 0 С Зажигание включено Зажигание включено, температура воздуха 40 0 С Двигатель работает на х.х, кратковременно открыт дроссель Зажигание включено Зажигание включено, дроссель закрыт Зажигание включено, дроссель полностью открыт Зажигание включено Зажигание включено, температура двигателя 80 С Зажигание включено, температура двигателя 10 С Зажигание включено Зажигание включено, автомобиль движется Продолжение табл. 2.1 Типичное значение сигнала 2,5 В 0 В В 0 В 0,5 В 4,2 В 5 В 0,5 В 2,5 В 0 В 0 В или В (переключается) Режим осциллографа 50 mв/1 мс Номер осциллограммы 7 26

28 Название компонента/связи Номер контакта для ЕСМ Тип сигнала* Условия проверки Продолжение табл. 2.1 Типичное значение сигнала Режим осциллографа Номер осциллограммы Датчик позиции (TR) трансмиссии (AT) Усилитель зажигания Форсунка 1 В11 В18 В18 В19 В19 В20 В20 А3 А3 А22 А20 А22 А20 А12 Двигатель работает, выбран режим «Р или N» Зажигание включено, не выбран режим «2» ' Зажигание включено, выбран режим «2» Зажигание включено, не выбран режим «L» Зажигание включено, выбран режим «L» Зажигание включено, не выбран режим «R» Зажигание включено, выбран режим «R» Зажигание включено Двигатель работает на х.х Зажигание включено Двигатель работает на х.х Двигатель работает на х.х Зажигание включено В 0 В В 0 В В 0 В В 0 1,5В 23Гц 0 В 244Гц В 2В/10м с 2 В/1 мс А12 Двигатель рабо- 3,5 мс 10 В/

30 AT автоматическая трансмиссия; АС кондиционер; х.х режим холостого хода двигателя. На рис. 2.4 приведены контрольные осциллограммы ЕСМ «Toyota». Рис Контрольные осциллограммы ЕСМ 30

32 KS, топливо, система зажигания Не отрабатывается управление детонацией 53 ЕСМ Считывание кодов ошибок может быть проведено как с помощью специального диагностического оборудования, так и вручную следующим образом: при отключенном зажигании соединяют контакты EI и ТЕ1 разъема DLC (рис. 2.5, а); Рис Самодиагностика ЭСУД включают зажигание и по вспышкам индикатора MIL считывают код DTC; если в памяти нет ошибок, лампа MIL вспыхивает с частотой 2 раза в секунду (рис. 2.5, б); индикация каждого DTC включает две группы вспышек, в каждой из которых от 1 до 9 вспышек MIL (рис. 2.6, пример отображения кода DTC «21»); Рис Индикация кодов 32

34 содержание СН не более 100 ррm; содержание О 2 порядка 0,1...0,5 %. Если параметры х.х и состав выхлопных газов не соответствуют штатным значениям, проверяют герметичность впускной и выпускной систем и проводят тесты электронных компонентов системы впрыска. Примечание. При выполнении диагностических процедур все коммутации разъемов и измерительных приборов необходимо проводить при отключенном зажигании. Для защиты катализатора и λ-зонда, перед «прокруткой» двигателя стартером, отключают разъемы форсунок на время проверки. Проверка компонентов топливной системы Давление топлива Давление топлива проверяют в следующей последовательности: подключают во входной топливопровод манометр; включают сервисный выключатель между контактами +В и FP разъема DLC (рис. 2.7, а); включают зажигание и инициируют работу топливного насоса с помощью сервисного выключателя; Давление топлива в системе должно быть в пределах 2,7..3,1 бар; отключают зажигание и убирают сервисный выключатель Рис Топливная система 34

36 тель стартером индикатор должен вспыхивать, если этого не происходит, проверяют замок зажигания, предохранители EFT, IGN, ST, Gauge, реле К46, соответствующие соединения и при необходимости возвращаются к проверке ЕСМ. Проверка компонентов впускной системы Датчик положения дроссельной заслонки ТР Датчик положения дроссельной заслонки проверяют в следующей последовательности: отключают разъем датчика ТР и проверяют сопротивление между соответствующими контактами датчика в различных положениях дроссельной заслонки (см. табл. 2.3 и рис. 2.8, а, 1); включают зажигание и, плавно поворачивая корпус датчика ТР, добиваются показаний вольтметра 0,3...0,8 В, в этом положении фиксируют корпус датчика. Таблица 2.3 Проверка датчика ТР Контакты датчика ТР Условия проверки Результат измерения, Ом 1 и Зи4 Дроссель закрыт 3000 Дроссель полностью открыт 950 Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе MAP не отсоединяя разъема датчика MAP, подключают вольтметр к контактам Е2 и PIM (рис. 2.8, б); включают зажигание, на контактах Е2 и PIM должно быть около 3,6 В; запускают двигатель на х.х, на контактах «Е2 РШ» должно быть около 1,5 В; если напряжения не соответствуют указанным, проверяют соединения датчика MAP, заменяют датчик, а при необходимости возвращаются к проверке ЕСМ; 36

38 Регулятор холостого хода (клапан IAC) Клапан IAC проверяют в следующей последовательности: отключают разъем клапана IAC и измеряют сопротивление между контактами разъема клапана «B+-RSO» и «B+- RSC», его величина должна быть в пределах 20 Ом (рис. 2.8, в); включают зажигание и проверяют наличие напряжения 12 В на контакте В+ разъема жгута клапана IAC (рис. 2.8, е); если питание отсутствует, проверяют замок зажигания, предохранители EFI, IGN, реле К46 и соответствующие соединения. Клапан управления воздушным потоком впускного коллектора IMACS отключают разъем клапана IMACS и проверяют сопротивление между контактами разъема клапана 1 и 2, его величина должна быть около 35 Ом (см. схему на рис. 2.2); включают зажигание и проверяют наличие напряжения 12 В на контакте 1 разъема жгута клапана IMACS; если питание отсутствует, проверяют замок зажигания, предохранители EFI, IGN, реле К46 и соответствующие соединения. Проверка компонентов системы зажигания Система зажигания ЭСУД «Toyota TCCS» построена по классической схеме с распределителем зажигания, встроенными в его корпус датчиками СМР и СКР и двумя отдельными модулями катушки и усилителя (см. рис. 2.3 и схему на рис. 2.2). Кроме того, имеется схема контроля пропусков зажигания, формирующая сигнал ошибки для диагностического оборудования. Свечи зажигания В табл. 2.5 приведены типы свечей зажигания, рекомендованные для двигателя. Таблица 2.5 Свечи зажигания, рекомендованные для двигателей 4A-FE (1,6) и 7A-FE (1,8) Тип двигателя Производитель 4A-FE (1,6) 7A-FE (1,8) Denso K2OR-LJ зазор 0,8 мм PK20R13 зазор 1,3 мм Bosch FR7KC зазор 0,8 мм NGK BKR6EP-13 зазор 1,3 мм 38

40 Рис Система зажигания 40

42 подключают разъемы катушки зажигания и усилителя зажигания на место и, прокрутив двигатель стартером, проверяют входные (контакты 1 и 2) и выходной (контакт 5) сигналы усилителя зажигания с помощью LED-индикатора (рис. 2.9, з); запускают двигатель и на х.х с помощью осциллографа проверяют форму и амплитуду входных сигналов усилителя зажигания (осц. 5 на рис. 2.4). Проверка датчиков двигателя Датчик температуры охлаждающей жидкости ЕСТ Отключают разъем датчика ЕСТ, извлекают его из системы охлаждения двигателя, моделируют изменение температуры датчика (например, нагревая его в горячей воде) и проверяют изменение сопротивления (рис. 2.10, а и табл. 2.7). Проверка датчика ЕСТ Таблица 2.7 Температура датчика, С Сопротивление датчика ЕСТ C Датчик положения коленвала СКР Датчик СКР электромагнитного типа. Конструктивно он встроен в распределитель зажигания и проверяется в следующем порядке: отключают 4-контактный разъем от распределителя зажигания и проверяют сопротивление датчика СКР (контакты 1 и 2), его величина должна быть около 257 Ом (рис. 2.10, б); подключают разъем распределителя на место и на х.х двигателя, с помощью осциллографа, проверяют выходной сигнал датчика СКР на контакте 1 разъема, сравнивают с контрольной осциллограммой (см. осц. 2 на рис. 2.4). 42

44 восстанавливают соединение датчика KS и на работающем двигателе вызывают детонацию резким открытием дросселя; правильно работающий датчик KS формирует сигнал синусоидальной формы длительностью мс и амплитудой 2,5...3 В (осц. 7 на рис. 2.4). Датчик PNP (только для AT) Конструктивно это механический выключатель, он проверяется следующим образом: обеспечивают доступ к контактам разъема механизма переключения AT (находится в районе кулисы AT, см. рис. 2.10, в); включают ручной тормоз и, манипулируя ручкой AT, измеряют сопротивление между контактами 5 и 6 разъема, в позициях N и Р его величина должна быть равна нулю, а во всех остальных позициях бесконечно большой. Датчик скорости VSS Конструктивно это датчик Холла, он проверяется следующим образом: снимают датчик VSS с трансмиссии и собирают диагностическую схему (рис. 2.10, г); вращая ротор датчика рукой, убеждаются в том, что напряжение на контактах 2 и 3 скачком изменяется от 0 до 11 В; проверяют наличие 12 В на контакте 1 разъема жгута датчика VSS при включенном зажигании и «земли» на контакте 2. Если питания нет, проверяют замок зажигания, предохранитель Gauge и соответствующие соединения. Проверка компонентов системы контроля выпуска λ-зонд с подогревом Это циркониевый датчик кислорода с подогревом. Напряжение на выходе датчика изменяется скачком, при λ > 1 его величина менее 0,1 В, а при λ < 1 около 0,95 В. Выбранный в системе диапазон регулировки 0,97 < λ < 1,03 позволяет оптимально регулировать качество топливной смеси во всех режимах работы двигателя. 44

46 извлекают главное реле питания ЭСУД из разъема, собирают диагностическую схему (рис. 2.12, а) и проверяют его срабатывание, контакты 3 и 5 должны замкнуться; проверяют напряжение на контактах 1 (12 В при включенном зажигании) и 5 (всегда 12 В), колодки главного реле питания ЭСУД (рис. 2.12, б), если питания нет проверяют замок зажигания, предохранители EFI, IGN и соответствующие соединения; Рис Проверка функции обеспечения ЭСУД извлекают реле топливного насоса из разъема, собирают диагностическую схему (рис. 2.12, в) и проверяют его сраба- 46

48 3. Проверить ЭБУ в режиме самодиагностики, определить код неисправности, выявить дефектный узел. 4. Выявить неисправности (введенные преподавателем искусственно) в системе управления двигателем. Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Результаты проверок и их анализ. 4. Вывод. Контрольные вопросы 1. Назовите системы впрыска бензиновых двигателей и особенности их работы. 2. Какие из датчиков двигателя имеют на своем выходе аналоговые сигналы, а какие дискретные? 3. С помощью какого датчика определяют угол открытия дроссельной заслонки? 4. Для чего предназначен датчик кислорода, на каком принципе он работает и где расположен? 5. На каком принципе работает датчик положения коленчатого вала, какой сигнал выдает? 6. Назовите функции ЭСУД. 7. При помощи каких приемов и устройств можно диагностировать ЭБУ? 8. Как можно проверить работоспособность системы самодиагностики? 9. Могут ли системы самодиагностики определить неисправность неэлектрического характера? 10. Какие неисправности можно выявить при помощи системы самодиагностики? Приведите примеры. 48

50 (УУОЗ); интерфейс вывода; устройство разделения каналов впрыскивания; коммутатор пусковой форсунки; коммутатор реле электробензонасоса (ЭБН); выходной каскад угла опережения зажигания (УОЗ) и разделения каналов зажигания (РК). Блок управления обеспечивает: включение экономайзера при углах открытия дроссельной заслонки более 70±5 за счет увеличения длительности впрыскивания топлива на 23%; управление пусковой форсункой при включении стартера и Рис Проверка функции обеспечения ЭСУД температуре охлаждающей жидкости менее 20 С; управление реле электробензонасоса (включение реле на 2 с) при включенном зажигании и неработающем двигателе; постоянное включение реле при частоте вращения коленчатого вала двигателя более 300 мин -1 ; отключение реле при частоте вращения вала менее 300 мин -1. Одновременное управление впрыскиванием топлива и опережением зажигания обеспечивает система «Motronic», в кото- 50

52 Обзор оборудования Один из наиболее динамично развивающихся секторов автомобилестроения это разработка новых двигателей и систем управления ими. Все оборудование для диагностики двигателей можно разделить на несколько групп, каждая из которых выполняет свой круг задач. Определить эти группы можно так: 1. Сканеры блоков управления двигателями. 2. Измерительные приборы. 3. Тестеры исполнительных устройств и узлов двигателя. Первая группа приборов представляет собой набор устройств, предназначенных для установления связи с блоками управления автомобилей и выполнения таких процедур, как чтение и стирание ошибок, чтение текущих значений датчиков и внутренних параметров системы управления, проверка работоспособности исполнительных устройств, адаптация системы управления при замене отдельных агрегатов автомобиля или при капитальном ремонте двигателя. Эта группа диагностических приборов развивается очень динамично, и каждый год приносит новые возможности сканеров. Сканеры можно сравнивать друг с другом по таким параметрам, как таблица применяемости по типам автомобилей и перечню автомобильных систем, набор функций, реализованных в сканере по каждому автомобилю или системе, способу модернизации программного обеспечения. Производители сканеров не имеют прямой связи с производителями автомобилей и, следовательно, некоторые модели автомобилей могут быть пропущены при проектировании сканера. Во второй группе собраны устройства, которые могут быть использованы для диагностики любых двигателей физика работы двигателя не зависит от способа управления. Все эти устройства используются для обнаружения неисправностей, а также для проверки показаний сканеров, так как ни одна электронная система не может проверить саму себя с абсолютной достоверностью например, подсос воздуха во впускном коллекторе может вызвать появление сообщения об отказе расходомера воздуха и т.д. Наиболее известные представители этой группы: 52

54 метрам. При этом они сохраняют возможности универсального осциллографа и, следовательно, могут использоваться для проверки работы практически всех электрических цепей автомобиля. Кроме того, они могут заменять ряд отдельных устройств, применяемых для диагностики например, при наличии в составе автомобильного осциллографа датчика разрежения уже не потребуется приобретать вакууметр. Мотор-тестеры Измерительная часть мотор-тестера в основном совпадает с измерительной частью автомобильного осциллографа. Отличия мотор-тестеров заключаются в том, что он может не только отображать осциллограммы любых измеряемых цепей, но и производить комплексные оценки работы двигателя сразу по нескольким параметрам (динамическая компрессия, разгон, сравнительная эффективность работы цилиндров и т.д.), что позволяет существенно снизить время на поиск неисправности. Также необходимо учесть, что неотъемлемой частью мотортестеров часто являются такие устройства, как газоанализатор, стробоскоп и т.д поэтому, хотя цена мотор-тестера достаточно высока, при его покупке потери в общей сумме будут относительно невелики по сравнению с приобретением отдельных автомобильного осциллографа, газоанализатора и стробоскопа. Третья группа приборов представляет собой оборудование для углубленной проверки системы управления двигателем и ее отдельных узлов. В ее составе: Имитаторы сигналов датчиков Предназначены для проверки реакции блока на изменение сигналов отдельных датчиков (например, датчиков температуры или положения дроссельной заслонки) в некоторых случаях блок управления может не реагировать на изменение сигнала от датчика, и этот факт может быть воспринят как отказ датчика. Тестер форсунок В начальной стадии развития диагностики такие устройства достаточно активно использовались, но в последнее время предпочтение отдается стендам чистки и проверки форсунок в их составе проверка, а при необходимости и чистка форсунок может быть проведена более качественно. 54

56 Контрольные вопросы 1. По каким признакам классифицируется диагностическое оборудование? 2. Каково назначение сканеров блоков управления двигателями? 3. Какой круг задач решают тестеры исполнительных устройств и узлов двигателя? 4. В каких случаях для диагностики используются измерительные приборы? 5. Назначение имитаторов сигналов датчиков. 6. Какой круг задач решают мотор-тестеры? 7. Назначение тестера свечей зажигания и высоковольтного разрядника Лабораторная работа 3 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Цель работы: приобретение теоретических знаний и практических навыков по методам и средствам испытания системы электропитания. Теоретические сведения и методические указания Основным источником энергии на автомобиле при работающем двигателе является генератор. При неработающем питание потребителей осуществляется от аккумуляторной батареи. В процессе эксплуатации автомобиля возможен режим, когда мощность подключенных потребителей превышает мощность генератора. В этом случае недостающую мощность компенсирует батарея, работающая параллельно с генератором. В состав системы входят: генератор Г, регулятор напряжения бортовой сети РН, аккумуляторная батарея АБ и потребители, выраженные их суммарным сопротивлением R H (рис. 2.14). 56

58 менного тока, работающего совместно с регулятором напряжения (ВАХ генератора). Следует обратить внимание на то, что внешняя характеристика генератора, работающего в системе автоматического регулирования напряжения бортовой сети, идет практически параллельно оси токов до некоторого максимального значения J Гmax. Эта величина зависит от настройки регулятора напряжения. При параллельной работе генератора и АБ, в зависимости от величины нагрузки, возможны следующие состояния системы: 1. Двигатель не работает, ротор генератора не вращается. В этом случае АБ отдает ток в нагрузку. Участок а б ВАХ аккумуляторной батареи. При J Н = 0 напряжение бортовой сети U БС равно ЭДС батареи (точка Е). 2. Двигатель работает, ротор генератора вращается J Н = 0. Напряжение U БС равно регулируемому U peг, которое определяется установкой регулятора РН. Ток J Г весь идет на заряд J 32 АБ (точка 1). 3. Нагрузка включена. Напряжение U БС равно регулируемому. Ток генератора J Г =J 32 + J H (точка 2). С увеличением нагрузки точка 2 будет перемещаться на характеристике Ur=f2(J Г ). Ток J 32 будет постоянным до момента J H + J Г >J Гmax. Если нагрузка возрастает и дальше (точка 3), то ток зарядки J 3 уменьшается, пока не станет равным нулю (точка 4). При такой нагрузке U БС =E. Последующее увеличение нагрузки приведет к тому, что U БС станет меньше Е и нагрузку будут питать АБ и генератор совместно: J H = J Г + J Р (точка 5). Из приведенного анализа работы системы электроснабжения видно, что существуют режимы, когда АБ отдает энергию потребителям, а когда восстанавливает (подзаряжается). При этом мощность установленного на автомобиле генератора должна быть такой, чтобы обеспечивался положительный зарядный баланс батареи, т.е. количество электричества, полученное при заряде, должно полностью компенсировать количество электричества, отданное при разряде. Важнейшим элементом системы электроснабжения является генератор. Генераторы могут быть постоянного и переменного тока. Первые из них в настоящее время не применя- 58

60 U = 4,44 f w k i s Z 0 J H, где Z 0 модуль полного сопротивления генератора. Модуль полного сопротивления зависит от частоты f, активного сопротивления R, индуктивности L обмотки статора и выражается формулой 2 2 Z 0 R ( 2 fl). Подставляя Z 0 в предыдущую формулу, получим 2 2 U = 4,44 f w k i s J R ( 2 fl) H. Анализируя это выражение, можно сделать выводы: 1. С увеличением нагрузки J Н выходное напряжение генератора уменьшается (f, i s = const). 2. С увеличением тока возбуждения i B выходное напряжение увеличивается (f, J Н = const). З. С увеличением скорости вращения ротора выходное напряжение увеличивается, стремясь к некоторому пределу. С увеличением частоты вращения ротора генератора и, следовательно, с увеличением частоты f индуцированного в обмотке статора переменного тока увеличивается индуктивное сопротивление обмотки статора X L 2 fl. Вследствие этого с увеличением частоты вращения напряжение генератора увеличивается, асимптотически стремясь к некоторому предельному значению. На этом основано свойство самоограничения максимального тока генератора. Характеристики генераторов У генераторов есть некоторые особенности, влияющие на их характеристики: - выпрямление переменного тока; - подбор обмоточных данных, обеспечивающих номинальное напряжение при минимальной частоте вращения ротора, соответствующей режиму холостого хода автомобильного двигателя; - самоограничение силы отдаваемого тока. Основные параметры вентильного генератора напряжение U, частота вращения ротора n р и мощность Р (или сила тока, отдаваемого генератором при заданном напряжении). 60

62 Рис Токоскоростная характеристика Расчетные частоты вращения ротора n р и сила тока I d определяются в точке касания токоскоростной характеристики и прямой, проведенной из начала координат. Этой точке соответствует максимальное значение отношения расчетной мощности P к расчетной частоте вращения ротора n р (режим максимального нагрева вентильного генератора). Токоскоростная характеристика используется при разработке или выборе вентильного генератора. Она может быть определена при независимом возбуждении, самовозбуждении и работе вентильного генератора с регулятором напряжения. Вентильный генератор проектируется таким образом, чтобы нагрев его обмоток, подшипников и полупроводниковых элементов при номинальной силе тока (номинальной мощности) был бы не опасен. Узлы генератора нагреваются больше при силе тока, составляющей примерно 2/3 номинального значения. Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения ротора одновременно возрастает интенсивность охлаждения вентильного генератора вентилятором, расположенным на его валу. 62

64 3. Пользуясь табличными данными, построить графики рабочих характеристик генератора (рис. 2.17). При этом все характеристики, относящиеся к режиму работы генератора без нагрузки, должны строиться на одной системе координат, а характеристики, относящиеся к режиму работы генератора совместно с АБ на внешнюю нагрузку, на другой такой же системе координат. Масштабы всех напряжений и токов должны быть одинаковыми между собой. Рис Пример расположения графиков: а без нагрузки; б с нагрузкой Контрольные вопросы 1. Назначение, устройство и работа генераторов переменного тока. 2. Токоскоростная характеристика и оценочные параметры генератора переменного тока. 3. Принцип работы генератора переменного тока с выпрямителем. Параметры выпрямленного тока. 4. Вольт-амперная характеристика генератора переменного тока. 5. Устройство лабораторного стенда, характеристика средств измерения. 6. По каким условиям подбирается генератор на транспортное средство? 64

66 Найдено пиков: количество полных циклов работы исследуемого цилиндра. Степень сжатия: рассчитанная степень сжатия исследуемого цилиндра. Потери: потери давления за один цикл "сжатия разрежения". Отображаемая величина потерь складывается как из потерь газа через неплотности компрессионных колец и клапанов, так и из тепловых потерь от газа к стенкам цилиндра, поршню и головке. При сжатии газ нагревается, и часть тепловой энергии газа передается поршню, цилиндру и головке. Поэтому даже для полностью исправного двигателя величина рассчитанных потерь составляет около 10%. Потери более 20% являются повышенными и могут свидетельствовать о неисправности цилиндра. Так же как и величина потерь газа, величина тепловых потерь существенно влияет на КПД двигателя % нормальное состояние цилиндропоршневой группы; 15 20% повышенный износ; 20 30% значительный износ либо неплотно прилегающие клапана; более 30% цилиндр неспособен работать на холостом ходу и/или на повышенных оборотах и нагрузках на двигатель. Программа рассчитывает значение величины потерь смеси отдельно, значение степени сжатия отдельно. Здесь следует напомнить о том, что классическим методом оценки механического состояния цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма является замер компрессии в цилиндре при прокрутке двигателя стартером. Снижение компрессии обычно связывают с негерметичностью цилиндра или клапанов, но это может быть также и следствием снижения степени сжатия. К примеру, согнутый шатун может привести к снижению степени сжатия, и, даже если при этом герметичность цилиндра останется прежней, компрессия всѐ равно будет снижена изза уменьшения степени сжатия. Иногда величина степени сжатия существенно возрастает вследствие отложения большого количества нагара на дне поршня и на поверхности камеры сгорания. Также и при форсировании двигателя возникает необходимость измерения величины степени сжатия. Поэтому 66

68 Рассмотрим происходящие в цилиндре процессы в свете диаграммы количества газа в цилиндре. Синий, зеленый, желтый. По мере отдаления поршня от ВМТ во время такта впуска, в цилиндр из впускного коллектора "засасывается" рабочая смесь. На диаграмме количества газа в цилиндре это отражается как поднятие графика зелѐного цвета (график зелѐного цвета соответствует такту впуска; читать слева направо). По достижении нижней мѐртвой точки, поршень меняет направление движения на противоположное и начинает перемещаться обратно от нижней мертвой точки к верхней мѐртвой точке. Но на протяжении ещѐ некоторого времени количество газа в цилиндре продолжает расти (график синего цвета соответствует такту сжатия; читать справа налево). Это происходит потому, что впускной клапан ещѐ не закрылся, и газ ещѐ продолжает двигаться по инерции из впускного коллектора в цилиндр, продолжая наполнять цилиндр. После того как возникает максимальное наполнение цилиндра рабочей смесью, газ из цилиндра начинает выталкиваться обратно во впускной коллектор, поскольку впускной клапан еще не закрыт, а поршень при этом движется к ВМТ. И только после того как впускной клапан полностью закрывается, количество газа в цилиндре почти прекращает изменяться, и график принимает вид почти прямой и почти горизонтальной линии. Таким образом, начало горизонтального (рис. 2.20) участка графика синего цвета указывает на момент конца закрытия впускного клапана (график синего цвета читать справа налево). После прохождения поршнем ВМТ сжатый газ "разрежается" и в момент непосредственно перед началом открытия выпускного клапана количество газа в цилиндре получается меньшим по сравнению с количеством газа в цилиндре в момент непосредственно после закрытия впускного клапана. Эта разница количества газа в цилиндре возникает вследствие потерь. Большая часть графика жѐлтого цвета слева (график жѐлтого цвета соответствует такту рабочего хода; читать слева направо) почти горизонтальна и почти прямолинейна, потому что клапана закрыты и количество газа в цилиндре на протяжении этого участка также почти не изменяется. 68

70 После прохождения поршнем точки НМТ 180, поршень меняет своѐ направление движения, но количество газа в цилиндре продолжает расти. И только после того как давление в цилиндре уравнивается с давлением в выпускном коллекторе, движущийся к ВМТ поршень начинает выталкивать газы из цилиндра в выпускной коллектор. На диаграмме количества газа в цилиндре это отражается как начало снижения графика красного цвета (график красного цвета соответствует такту выпуска; читать справа налево). В районе ВМТ 360 выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает открываться. После прохождения ВМТ 360, впускной клапан открывается полностью, и, за счѐт разрежения во впускном коллекторе, оставшаяся часть выхлопных газов "выпускается" из цилиндра во впускной коллектор. То есть, после прохождения поршнем точки ВМТ 360 количество газа в цилиндре продолжает уменьшаться (левая часть графика зелѐного цвета). Дальше снова происходит всасывание рабочей смеси из впускного коллектора в цилиндр на такте впуска. Левая часть красного и зелѐного графиков соответствует фазе перекрытия клапанов (рис. 2.22). Рис Фаза перекрытия клапанов Графики здесь почти совпадают и почти горизонтальны на протяжении нескольких градусов угла поворота коленвала, а Рис Оптимальная продолжительность фазы перекрытия клапанов 70

72 в точке 145 после ВМТ 0. На неправильное взаимное положение коленчатого и газораспределительного валов также указывает и левая часть графика зелѐного цвета (рис. 2.25). Рис Фаза перекрытия клапанов. Распредвал установлен на один зуб позже Поршень, отдаляясь от головки блока цилиндров на такте впуска приблизительно до точки 15 после ВМТ 360 (375 после ВМТ 0 ), засасывает в цилиндр газы из выхлопной системы (график зелѐного цвета вначале поднимается) и лишь после этого начинает опускаться относительно графика красного цвета. Рис Распредвал установлен на один зуб позже 72

74 поскольку впускной клапан открылся рано и газы из цилиндра "всасываются" во впускной коллектор. Встречаются двигатели, где движение газов при работе двигателя на холостом ходу существенно оптимизировано, вследствие чего момент закрытия впускного клапана не виден отчетливо (рис. 2.28). В таких случаях нужно анализировать фрагмент графика давления в цилиндре, соответствующий работе двигателя при увеличенной нагрузке и при относительно низкой частоте вращения коленвала. Подходящим фрагментом графика в таких случаях является момент начала резкой перегазовки (рис. 2.29). 74

76 после начала резкой перегазовки (как показано на иллюстрации выше). После проведения анализа такого фрагмента графика давления в цилиндре моменты закрытия впускного клапана и начала открытия выпускного клапана на диаграмме количества газа в цилиндре видны отчѐтливо (рис. 2.30). В данном случае углы закрытия впускного клапана и начала открытия выпускного клапана совпадают, что указывает на правильную установку распредвала. На данной диаграмме левая часть графиков синего и жѐлтого цветов искажена наблюдается значительный "провал" (рис. 2.31). Это является следствием того, что датчик давления в цилиндре Px позволяет измерять давление до +6 Bar, а в момент резкой перегазовки пиковое давление в цилиндре значительно превышает это значение. В результате в момент резкой перегазовки датчик давления в цилиндре Px формирует график со "срезанными" пиками давления вблизи точки ВМТ 0 (рис. 2.32). При диагностировании двигателей, оснащѐнных системой регулирования фаз газораспределения методом относительного вращения распредвала, приводящего впускные клапана, нужно учитывать некоторые особенности. При работе такого Рис Диаграмма Левая В момент часть резкой количества графиков перегазовки синего газа в цилиндре. и датчик жёлтого давления цветов Моменты искажена цилиндре закрытия Px формирует впускного график клапана в 76 давления и начала в цилиндре открытия со выпускногзанными" клапана пиками видны вблизи отчётливо точки ВМТ "сре- 0

78 левой части окна отображаются значения угла поворота коленвала для каждого цикла и значения давления в цилиндре для каждого из циклов (рис. 2.33). Во вкладках "Опережение" и "Опережение 2" отображается диаграмма зависимости угла опережения зажигания от частоты вращения двигателя и от нагрузки на двигатель. По горизонтали отображается частота вращения двигателя в диапазоне от RPM. Вертикальной линией чѐрного цвета отмечена частота вращения двигателя, равная 1000 RPM. Таким образом, фрагменты диаграммы угла опережения зажигания, расположенные слева от этой линии, относятся, как правило, к работе двигателя на холостом ходу. По вертикали отображается значение угла опережения зажигания. Горизонтальной линией чѐрного цвета отмечен угол опережения зажигания, равный 0. Таким образом, если какиелибо фрагменты диаграммы угла опережения зажигания расположены ниже от этой линии, то это означает, что искрообразование в этот момент возникало позже верхней мѐртвой точки. 78

80 перегазовки) угол опережения зажигания составил 12 перед ВМТ, а при нагрузке на двигатель ~10% (во время снижения частоты вращения двигателя после резкой перегазовки) угол опережения зажигания был равен 29 перед ВМТ. Для получения данной диаграммы была сделана одна резкая перегазовка. Для полностью электронного зажигания более читабельна диаграмма угла опережения зажигания, представленная во вкладке "Опережение 2". Здесь отображаются фрагменты диаграммы угла опережения зажигания, соответствующие работе двигателя при повышенных нагрузках. Это сделано по той причине, что при полностью закрытой дроссельной заслонке и повышенной частоте вращения двигателя (минимальная нагрузка на двигатель) большинство систем управления двигателем прекращают топливоподачу полностью; соответственно, значение угла опережения зажигания на работу двигателя уже не влияет и высокая точность его регулирования уже не требуется. Поэтому диаграмма угла опережения зажигания при этом иногда может принимать различные формы. 80

82 В качестве примера электронной системы регулирования угла опережения зажигания, со сложным алгоритмом (особенно в режиме принудительного холостого хода) приведена иллюстрация выше. Как можно легко заметить, фрагменты диаграммы угла опережения зажигания, соответствующие работе двигателя в режиме принудительного холостого хода во вкладке "Опережение", загромождают полезную часть диаграммы. Во вкладке "Опережение 2" в данном случае диаграмма воспринимается более читабельно. Здесь следует отметить некоторые закономерности. При правильно отрегулированном опережении зажигания фрагмент диаграммы красного цвета направлен от точки пересечения вертикальной и горизонтальной линий. Другими словами, во время работы двигателя при больших нагрузках при частоте вращения около 1000 RPM искрообразование происходит близко к ВМТ. Благодаря этой закономерности иногда удаѐтся отрегулировать начальный угол опережения зажигания даже тогда, когда данные по его регулировке недоступны, а также в тех случаях, когда в систему регулирования угла опережения зажигания были внесены изменения. Во вкладке "Выпуск" (рис 2.37) отображается диаграмма количества работы, затрачиваемой двигателем во время такта выпуска на "выталкивание" газов из цилиндра в выпускную систему (диаграмма затрат на выпуск). Чем большее препятствие для этого создаѐт выпускная система (или, другими словами, чем больше сопротивление выпускной системы), тем большую работу выполняет двигатель во время такта выпуска, вследствие чего полезная мощность двигателя снижается. Аналогично диаграмме угла опережения зажигания, цвет диаграммы здесь отображает нагрузку на двигатель; чем больше нагрузка на двигатель, тем "теплее" цвет. Для большего удобства и ориентирования совместно с диаграммой отображается косая линия красного цвета, обозначающая предельно допустимый уровень работы, выполняемой двигателем для "выталкивания" газов из цилиндра. Если диаграмма располагается заметно выше этой линии, то это свидетельствует о повышенном сопротивлении выпускной системы. 82

84 На рис показана диаграмма затрат на выпуск двигателя со значительным сопротивлением выпускной системы. Диагностируемый автомобиль с трудом развивал обороты даже на нейтральной передаче. В качестве примера показан график давления в одном из цилиндров двигателя автомобиля Honda Accord. Оборудование и приборы Рабочее место содержит: двигатель внутреннего сгорания; "USB Осциллограф" с комплектом датчиков. Таблица 2.9 Наименование Назначение Внешний вид USB Autoscope II с интерфейсный кабелем USB 2.0, программным и ин- обеспечением справочной формацией Для проведения исследований систем автомобиля Адаптер диагностики систем зажигания Ignition Adapter с соединительным кабелем Датчик первого цилиндра Sync Для согласования выходного сигнала высоковольтных ѐмкостных датчиков с аналоговыми входами Для синхронизации по первому цилиндру Датчик давления в цилиндре Px Для измерения давления в цилиндре, оценки правильности установки фаз ГРМ, измерения УОЗ 84

86 Кроме того, несгоревшее топливо из цилиндра будет поступать в выхлопную систему, из-за чего возможен перегрев и повреждение каталитического нейтрализатора диагностируемого автомобиля. Если предотвратить подачу топлива в диагностируемый цилиндр невозможно, то для снижения вероятности возникновения калильного зажигания топливовоздушной смеси в диагностируемом цилиндре прогретого до рабочей температуры двигателя следует выкрутить свечу зажигания из диагностируемого цилиндра и подождать не менее 10 минут прежде чем устанавливать датчик давления на место свечи зажигания. Во избежание повреждения каталитического нейтрализатора рекомендуется сократить до минимума длительность проведения диагностики в данном режиме. 9. Отображаемые сигналы необходимо записать. Для начала записи сигналов в меню "Управление" необходимо выбрать пункт "Запись". 10. После начала записи необходимо дать двигателю поработать на холостом ходу в течение 2 5 секунд, после чего резко перегазовать (резко открыть дроссельную заслонку не более чем на 2 секунды) с поднятием частоты вращения двигателя до RPM, после чего закрыть дроссельную заслонку. 11. Дождаться снижения частоты вращения двигателя до 1000 RPM. 12. Плавно увеличить частоту вращения двигателя до RPM с минимальным открытием дроссельной заслонки. 13. Для окончания записи сигналов в меню "Управление" необходимо выбрать пункт "Запись". 14. Записанную осциллограмму необходимо сохранить. Для сохранения осциллограммы нужно выбрать пункт "Сохранить как.." в меню "Файл". 15. Выбрать "Анализ => Загрузить скрипт". В открывшемся окне "Открыть" указать имя скриптового файла анализатора и место его расположения "*:Program Files\USB Осциллограф\AnalyserScriptFiles\Px\Px_vX.ajs" и нажать "Открыть". 86

88 2.5. Лабораторная работа 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОВЫХ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЯ Цель работы: анализ газовых систем, устанавливаемых на бензиновые двигатели с распределенным одновременным и фазированным впрыском. Теоретические сведения История развития поршневых двигателей внутреннего сгорания неразрывно связана с газообразными топливами. Первый двигатель Ленуара, созданный в 1860 г., работал на светильном газе. В 1887 г. был разработан четырехтактный двигатель Отто, также использующий газообразное топливо. Светильный газ применяли в качестве топлива в одном из первых образцов двигателей, созданных Р. Дизелем. Однако впоследствии газовые топлива были практически полностью вытеснены более энергоемкими жидкими топливами. Современная тенденция к более широкому применению газообразных топлив обусловлена необходимостью расширения энергетической базы автомобильного транспорта и снижения его вредного воздействия на окружающую среду. В последнее время все более широкое распространение получают газовые двигатели (двигатели, работающие на газовом топливе) и газожидкостные двигатели (двухтопливные двигатели, работающие на газовом топливе и бензине). Это объясняется рядом преимуществ газообразного топлива по сравнению с жидким. Хорошие антидетонационные качества газовых топлив по сравнению с бензинами, благоприятные условия смесеобразования, широкие пределы воспламенения в смесях с воздухом и другие положительные свойства этих топлив обеспечивают высокие технико-экономические показатели двигателей. По удельной мощности и топливной экономичности лучшие современные газовые и газожидкостные двигатели близки к жидкотопливным, а по токсичности ОГ и износу имеют значительные преимущества перед ними. 88

90 возможно как в двигателях с принудительным воспламенением, конвертированных для работы на газовом топливе, так и в двигателях с воспламенением от сжатия (дизелях). Первые промышленные образцы газовых двигателей были созданы на базе двигателей с искровым зажиганием и предназначались для работы только на газообразном топливе. Внешнее смесеобразование в этих двигателях было организовано путем установки во впускном трубопроводе газовоздушных смесителей, что позволяло сохранить неизменной конструкцию головки цилиндров. В послевоенные годы были созданы газовые двигатели с внутренним смесеобразованием и форкамерно-факельным зажиганием на базе двигателей размерностью 8,5/11 и 12/14 транспортного назначения (ГЧ 8,5/11 и др.). По такой же схеме выпускали двигатели большой размерностью для двигатель-генераторных установок (8 ГЧН 26/26 и др.). Все они работали на сжатом газе. Позже были созданы двигатели с системами топливоподачи сжиженного газа. В этих системах сжиженный газ вначале преобразовывался в газообразное состояние, а затем смешивался с воздухом в газовоздушном смесителе, установленном во впускном трубопроводе, т.е. организовывалось внешнее смесеобразование. В рассмотренных системах топливоподачи применяли смесительные устройства, сходные по принципу работы с карбюраторами и обеспечивающие теми же средствами (с помощью экономайзеров, систем пуска и холостого хода, дроссельных заслонок) необходимый состав смеси на всех режимах. При этом были разработаны системы топливоподачи с количественным, качественным и смешанным регулированием газовых двигателей. Были созданы также бензиновые двигатели, в которых сжигалась бензогазовоздушная смесь, т.е. двухтопливные двигатели с одновременной подачей в камеру сгорания бензина и газообразного топлива. Работа этих двигателей с внутренним смесеобразованием и качественным регулированием состава рабочей смеси на природном газе возможна только при нагрузках свыше 55% от номинальной мощности. Это сужало область применения таких двигателей. Современные газовые модификации автомобильных бензиновых двигателей работают как на сжатом (преимущественно 90

92 внешним смесеобразованием, и в настоящее время не нашли широкого применения. Применение газожидкостного топлива (ГЖТ) на двигателях транспортной техники предполагает раздельное хранение компонентов на борту автомобиля и их совместную подачу в двигатель. В качестве компонентов ГЖТ используют низкооктановый бензин с октановым числом 76 ед., стандартный бензин А-76, сжатый природный газ (СПГ) и сжиженный нефтяной газ (СНГ). Применение ГЖТ осуществляется по двум вариантам: Первый вариант предполагает использование высоких антидетонационных свойств газа. При этом в качестве основного компонента применяется низкооктановый бензин, а в качестве антидетонационной присадки СПГ, либо СНГ. Второй вариант предполагает использование более низкой себестоимости газа по сравнению с бензином. При этом газ применяется как основной компонент, а бензин подается как энергетическая добавка на режимах, требующих максимальной мощности двигателя. В газожидкостных топливах применение газа обеспечивает достижение двух основных целей: первая замещение дорогостоящего бензина более дешевым газом, вторая применение газа как антидетонационной добавки к низкооктановому бензину. В первом случае газ подается на всех режимах работы двигателя, а бензин применяется как высокоэнергетический компонент на режимах средних и максимальных нагрузок двигателя в количествах, обеспечивающих требуемую мощность двигателя. Для этого применяют карбюратор с отключаемым жиклером холостого хода, двухструнную подачу газового топлива и автоматическое отключение подачи газа при остановках двигателя. Двигатель в режиме холостого хода и малых нагрузок работает только на газе, на средних нагрузках работает на смеси бензина и газа, а на режиме максимальных нагрузок практически только на бензине. Среднее замещение бензина газом в городском цикле движения может достигать 50% при сохранении мощностных характеристик двигателя. Антидетонационные свойства газа при этом используются не в полной мере, и пусковые качества двигателя ухудшаются. В случае 92

94 Газобаллонное оборудование автомобиля Газобаллонное оборудование автомобиля (ГБО) это система из нескольких устройств, позволяющая использовать газ в качестве топлива для двигателя автомобиля. ГБО позволяет ехать только на газе, не используя бензин. Но штатная система питания не демонтируется. Обе системы (бензиновая и газовая) существуют параллельно. На автомобилях получили распространение два вида горючего газа: сжатый природный и сжиженный нефтяной. Природный газ нашел применение в качестве топлива на крупных автомобилях грузовиках и автобусах. В нашем регионе такие системы не получили распространения из-за отсутствия заправочных станций. Использование сжиженного нефтяного газа, для которого не нужны большие баллоны и сложная топливная аппаратура, более целесообразно. Этот газ смесь пропана и бутана, которая получается на нефтеперерабатывающих заводах в виде побочного продукта производства. На заправочные станции газ поставляется в смеси летняя, которая состоит на % из пропана, и зимняя содержит % пропана. Основными частями системы ГБО являются баллон, редуктор-испаритель и смеситель газ-воздух. Из баллона по магистрали газ поступает в редуктор-испаритель, который понижает давление с 16 до 1 2 атм, переводя газ в парообразное состояние. После этого летучий газ идет по магистрали в смеситель, где перемешивается с воздухом: готовая горючая смесь всасывается в цилиндры двигателя. За переключение с бензина на газ и наоборот отвечают управляемые кнопкой из салона электромагнитные клапаны, один из которых стоит в газовой, а другой в бензиновой магистралях. Для заправки баллона существует вентиль со стандартным разъемом под штуцер пистолета ГЗС. Прежде всего, на установку ГБО идут, чтоб экономить на топливе газ в среднем в 2 раза дешевле бензина. Есть и технические плюсы газа. Пропан-бутановая смесь имеет октановое число 105. Газ сгорает в цилиндрах двигателя без детонации, ровно и полностью, не смывает масляную пленку, образуя гораздо меньше нагара на стенках и свечах. За счет этого двигатель работает в более благоприятных условиях, отчего его ресурс вырастает на 30 40%. Особенно это заметно по вре- 94

96 ного заключается в запорном элементе разгрузочной камеры. В вакуумном эту функцию выполняет вакуумная мембрана, к которой подаѐтся разрежение от впускного коллектора: двигатель работает есть вакуум редуктор открыт; двигатель заглушен вакуума нет редуктор закрыт. В электронном подача газа управляется электромагнитным клапаном по наличию импульсов с катушки зажигания или высоковольтного провода: есть импульсы есть подача газа; нет импульсов подача прекращается. Второе поколение ГБО. Механические системы, дополненные электронным дозирующим устройством, работающим по принципу обратной связи с датчиком кислорода и увеличивающие обогащение смеси при резком нажатии на педаль газа по сигналу бензинового датчика положения дроссельной заслонки (рис. 2.41). Они устанавливаются на автомобили, оснащенные электронными карбюраторными или инжекторными двигателями, с лямбда-зондом и датчиком положения дроссельной заслонки. Это традиционные устройства со смесителем газа, дополнительно оснащенные дозаторами газа. В результате такого дооснащения система более устойчива к ос- Рис Второе поколение ГБО 96

98 чики давления, температуры). На текущий момент самое распространенное оборудование в связи с обилием инжекторных бензиновых автомобилей, для которых этот тип ГБО является оптимальным. Рис Четвертое поколение ГБО Пятое поколение ГБО. Предназначено для использования в любых инжекторных автомобилях, укомплектованных бензиновыми системами, отвечающими экологическими требованиями Евро-3, Евро-4, а также системами бортовой диагностики OBD II и EOBD. В отличие от систем 4-го поколения, здесь топливо (пропан-бутановая смесь) поступает в цилиндры в жидкой фазе, хотя структура подачи та же: распределенный фазированный впрыск (рис. 2.44). Для этого в баллоне находится топливный газовый насос, который обеспечивает подачу жидкой фазы газа из баллона через рампу газовых форсунок с возвратом излишек газа через регулятор давления обратно в газовый баллон. Фазу и дозировку впрыска определяет штат- 98

100 ве зависит от параметров электронной системы управления двигателем на бензине. В Базовый комплект поставки системы входит: Контроллер газовой системы питания с пучком проводов и переключателем вида топлива. Рампа с газовыми форсунками, штуцерами и шлангами подачи газа во впускной коллектор. Дифференциальный редуктор-испаритель и электромагнитный клапан газа с фильтром. Датчик давления дифференциальный. Датчик температуры газа. Дополнительная комплектация включает: Переключатель вида топлива с индикацией уровня газа. Датчик индикации уровня газа в баллоне. Фильтр испаренного газа. Мультиклапан с выносным заправочным устройством и вентиляционной камерой. Монтажный пакет, шланги и трубку. Кроме этого, система впрыска предусматривает возможность комплектации датчиком утечки газа с сигнализатором. Монтаж оборудования Ниппеля устанавливаются на впускной коллектор по возможности ближе к бензиновым форсункам. Обязательно использование анаэробного герметика. Возможно удаление, но чем ближе, тем лучше. Предупредить перелив газа из одного ствола коллектора в другой. Рампа с форсунками устанавливается как можно ближе к ниппелям, с минимальной длиной шлангов, имеющих одинаковую длину. Монтаж дифференциального редуктора, который устанавливается в системе, нужно делать ниже верхнего уровня охлаждающей жидкости в расширительном бачке. Положение редуктора по отношению к оси автомобиля не имеет значения. Монтаж электрооборудования Система поставляется в 3-х вариантах: 3-4 цилиндра, 5-6 цилиндров и 8 цилиндров. Установка блока управления и пучка проводов должна быть по возможности на наибольшем удалении от высоковольтного оборудования автомобиля. Проверка монтажа пучка приводов проводится с помощью специальной опции в программе. 100

102 новый блок управления. Надо добиться, чтобы при переключении вида топлива не происходила долгая работа (более 3-5 секунд) без лямбда регулирования. Далее переходим к изменению рабочей ячейки (она выделена зеленым цветом). Выключите все включенные нагрузки (вентилятор отопителя и т.д.), заметьте чтобы вентилятор радиатора не был включен. Вы видите ячейку зеленого цвета (рабочая ячейка), в ней необходимо изменить параметр до такого значения, при котором при переключении с газа на бензин и с бензина на газ время впрыска бензиновых форсунок, отображаемое в информационном окне в поле injectors в строке PETROL, практически не изменялось. Алгоритм изменения точно такой же, как и вышеуказанный алгоритм изменения Kmain. Перейдите в следующую рабочую ячейку путем увеличения нагрузки, включая поочередно потребители. Чем выше номер рабочей ячейки, тем менее чувствительна к точной настройке данная ячейка. Все вышестоящие ячейки, не попадающие в рабочую при максимальной нагрузке, изменяются путем экстраполяции по предыдущим, не забывая проверять то, что при резком дроселировании смесь должна быть богатая в режиме набора оборотов. Запись лог-файла следует записывать на полностью прогретом двигателе на холостом ходу с минимальным временем открытия форсунок (4 6,5 мс) и при максимальной постоянной нагрузке на холостом ходу (время открытия форсунок 8 10 мс, включены все фары, вентилятор системы отопления, кондиционер). Запись проводится попеременно на бензине и на газу с паузами секунд 3 4 цикла. Порядок проведения опыта и обработка результатов 1. Произвести калибровку системы. Выбор диаметра форсунок. В таблице 2.10 приведены диаметры форсунок в зависимости от объема двигателя. 102

104 Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. В отчете представить результаты настройки и испытания газобаллонного оборудования. 4. Вывод. Контрольные вопросы 1. Назовите преимущества и недостатки использования газообразного топлива. 2. Как подразделяется газобаллонное оборудование по принципу работы? 3. Назовите типы газовых двигателей и особенности организации процессов смесеобразования, воспламенения и сгорания. 4. Как осуществляется регулирование системы питания двигателей, работающих на газу? 5. В каких двигателях наиболее целесообразно использовать газообразное топливо? 6. Чем отличается газобаллонное оборудование, использующее сжатый природный и сжиженный нефтяной газы? 7. Назовите преимущества и недостатки двухтопливных двигателей с одновременной подачей в камеру сгорания бензина и газообразного топлива Лабораторная работа 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ Цель работы: экспериментальное определение оптимальных характеристик угла опережения зажигания на различных режимах работы двигателя. Теоретические сведения Одним из важнейших параметров, существенно влияющих на расход топлива, выходную мощность и другие характеристи- 104

106 можно сделать с помощью специальных устройств процессоров опережения зажигания. Вариатор это электронный прибор, который изменяет угол опережения зажигания, рассчитанный компьютером автомобиля для работы двигателя на бензине, на величину, необходимую для оптимальных параметров работы двигателя на газовом топливе. Как известно, октановое число пропанобутановой смеси равно 105, что гораздо выше, чем у бензина любой марки. Как показывает опыт, если в мотор, рассчитанный для работы на бензине марки АИ80, залить бензин марки АИ98 без соответствующих корректировок угла опережения зажигания, это приведѐт к прогоранию выпускных клапанов и падению мощности двигателя, так как время горения 98-го бензина значительно больше и догорать этот бензин будет практически в выпускном коллекторе. То же самое происходит при эксплуатации машины на газовом топливе без соответствующих корректировок угла опережения зажигания. Соответственно, для компенсации повышенного времени горения газа, необходимо раньше его поджигать, т.е увеличивать угол опережения зажигания. Таким образом, газ будет успевать сгорать в цилиндре. КПД двигателя при этом возрастѐт, что вызовет снижение расхода топлива и повышение мощности. В современных инжекторных двигателях зажигание корректируется по датчику детонации. Сигнал с датчика детонации задействуется при использовании топлива с октановым числом ниже нормы, т.е. по сигналу с датчика детонации бензиновый блок управления двигателем может только позднить зажигание, а не делать его раньше. Существует три типа вариаторов (рис. 2.46): 1. Работают с индуктивными датчиками положения коленвала (ДПКВ) - (AEB 510, TAP-01,Мангуст 602). 2. Работают с датчиками холла, то же на коленвалу (AEB 511, TAP-02,Феникс 611). 3. Работают с блоками зажигания, к которым подключен трамблер. Вариатор подключается как отдельное, ни с чем не связанное устройство для коррекции сигналов с ДПКВ, изменяющее посредством ЭБУ машины угол зажигания. Переключения происходят следующим образом двигатель заводится на бен- 106