Система управления дизельных двигателей EA288
Система управления дизельных двигателей объемом 2,0 и 1,6 литра
Семейство двигателей EA288, основано на концепции модульной платформы дизельных двигателей. В рамках этой модульной платформы для дизельных двигателей (MDB) двигатели EA288 подверглись дальнейшему усовершенствованию, с использованием новых и/или модифицированных деталей и узлов, чтобы обеспечить его соответствие требованиям экологического класса Евро 6.
Общая схема системы
Система управления впускного и выпускного трактов
Будущие более строгие требования по нейтрализации ОГ делают необходимым расширение возможностей управления процессами во впускном и выпускном трактах двигателя. В дизельных двигателях семейства EA288 частью системы управления двигателя является система управления впускного и выпускного трактов. Система управления впускного и выпускного трактов базируется на цифровой модели, позволяющей рассчитывать состояния во впускном/выпускном тракте во всех режимах работы двигателя.
Система определяет все значения давления, температуры, массового расхода на впуске, в тракте наддувочного воздуха и в системе выпуска ОГ двигателя. Эти значения используются затем для регулирования давления наддува, наполнения цилиндров и степени рециркуляции ОГ. Применение цифровой модели позволяет сложной системе управления впускного и выпускного трактов двигателя с большим количеством исполнительных механизмов обходиться ограниченным набором датчиков.
Условные обозначения
1 Датчик температуры воздуха на впуске G42
2 Интеркулер
3 Датчик температуры наддувочного воздуха после интеркулера G811
4 Датчик Холла G40
5 Датчик температуры ОГ 3 G495
6 Окислительный нейтрализатор
7 Лямбда-зонд G39
8 Датчик температуры ОГ 1 G235
9 Турбина с переменной геометрией
10 Датчик температуры ОГ 2 G448
11 Электромагнитный клапан ограничения давления наддува N75
12 Датчик положения направляющего аппарата турбонагнетателя G581
13 Радиатор системы рециркуляции ОГ
14 Cажевый фильтр
15 Датчик разности давлений G505
16 Датчик температуры ОГ 4 G648
17 Лямбда-зонд после нейтрализатора G130
18 Блок заслонки ОГ J883
19 Датчик 1 давления ОГ G450
20 Исполнительный электродвигатель 2 системы рециркуляции ОГ V339
21 Насосная секция турбонагнетателя
22 Расходомер воздуха G70
23 Клапан 1 регулятора фаз газораспределения N205
24 Исполнительный электродвигатель системы рециркуляции ОГ V338
25 Блок дроссельной заслонки J338
26 Датчик давления наддува G31
Двухконтурная система рециркуляции ОГ
Двигатель EA288 Евро 6 оснащается системой рециркуляции ОГ с контурами высокого и низкого давления.
Контур рециркуляции ОГ высокого давления
Контур рециркуляции ОГ низкого давления
Рециркуляция ОГ высокого давления
При рециркуляции ОГ высокого давления рециркулируемые ОГ подаются без охлаждения от выпускного коллектора через канал в ГБЦ и исполнительный электродвигатель рециркуляции ОГ V338 в распределительный канал во впускном коллекторе. Рециркуляция ОГ высокого давления происходит только в фазе прогрева двигателя после холодного пуска. Она повышает температуру впускаемого воздуха и улучшает процесс сгорания.
Благодаря этому увеличивается температура ОГ, в результате чего окислительный нейтрализатор и накопительный нейтрализатор NOx быстрее прогреваются до своей рабочей температуры. Если это необходимо, в ходе работы двигателя на низких оборотах при небольшой нагрузке ОГ могут подмешиваться через контур рециркуляции высокого давления. Это предотвращает охлаждение компонентов нейтрализации ОГ при прогретом до рабочей температуры двигателе.
Условные обозначения
1 Блок дроссельной заслонки J338
2 Исполнительный электродвигатель системы рециркуляции ОГ V338
3 Турбонагнетатель
4 Сажевый фильтр
Клапан рециркуляции ОГ 1 GX5
В состав клапана рециркуляции ОГ 1 GX5 входят исполнительный электродвигатель системы рециркуляции ОГ V338 и потенциометр системы рециркуляции ОГ G212.
Исполнительный электродвигатель системы рециркуляции ОГ V338
Исполнительный электродвигатель системы рециркуляции ОГ V338 управляется ШИМ-сигналом от блока управления двигателя и воздействует через механизм привода на подъёмный клапан.
Изменением положения подъёмного клапана регулируется поток рециркулируемых ОГ в контуре рециркуляции ОГ высокого давления. Блок управления двигателя регистрирует фактическое положение подъёмного клапана с помощью установленного в исполнительном электродвигателе потенциометра.
Исполнительный электродвигатель системы рециркуляции ОГ V338 закреплён винтами на впускном коллекторе. Для защиты от высоких температур он включён в контур системы охлаждения двигателя.
Последствия при выходе из строя
При выходе исполнительного электродвигателя системы рециркуляции ОГ V338 из строя рециркуляция ОГ высокого давления не выполняется.
Потенциометр системы рециркуляции ОГ G212
Использование сигнала
Потенциометр системы рециркуляции ОГ G212 встроен в клапан рециркуляции ОГ 1 GX5.
Посредством сигнала потенциометра определяется положение исполнительного электродвигателя системы рециркуляции ОГ V338 и тем самым подъёмного клапана. Эту информацию блок управления двигателя использует при расчёте и регулировании количества ОГ, рециркулируемых через контур высокого давления.
Последствия отсутствия сигнала
При отсутствии сигнала потенциометра рециркуляции ОГ G212 рециркуляция ОГ высокого давления деактивируется.
Распределительный канал контура рециркуляции ОГ высокого давления во впускном коллекторе
Во впускном коллекторе предусмотрен распределительный канал для рециркулируемых ОГ контура высокого давления. Выходные отверстия этого канала имеют разный диаметр для различных цилиндров для как можно более равномерного распределения рециркулируемых ОГ по всем цилиндрам.
Контур рециркуляции ОГ низкого давления
Рециркуляция ОГ низкого давления служит для уменьшения образования оксидов азота при сгорании топлива. Система перенята от двигателя EA288 Евро 5 и активна практически во всех режимах работы двигателя. При рециркуляции ОГ низкого давления отработавшие газы забираются после сажевого фильтра, расположенного около двигателя, проходят через радиатор системы рециркуляции и заслонку рециркуляции ОГ, управляемую исполнительным электродвигателем 2 системы рециркуляции ОГ V339, и далее направляются во впускной тракт непосредственно перед турбонагнетателем.
Преимущества по сравнению с системой рециркуляции ОГ высокого давления:
• ОГ имеют меньшую температуру и не содержат сажевых частиц.
• Через турбинную секцию турбонагнетателя проходит весь поток ОГ целиком. В результате улучшается реакция турбонагнетателя. Становится возможным обеспечение высоких давлений наддува прежде всего в режимах частичной нагрузки.
• Радиатор системы рециркуляции ОГ не загрязняется сажей, так как для рециркуляции отводятся ОГ, прошедшие через сажевый фильтр.
Условные обозначения
1 Блок дроссельной заслонки J338
2 Турбонагнетатель
3 Сажевый фильтр
4 Блок заслонки ОГ J883
5 Радиатор системы рециркуляции ОГ
6 Исполнительный электродвигатель 2 системы рециркуляции ОГ V339
Управление рециркуляцией ОГ
Регулирование интенсивности рециркуляции ОГ в зависимости от режима работы двигателя в системе рециркуляции ОГ низкого давления производится блоком заслонки ОГ и исполнительным электродвигателем системы рециркуляции ОГ.
Необходимая степень открытия или закрытия регулирующих заслонок рассчитывается на основе цифровой модели в системе управления впускного и выпускного трактов по заданным значениям наполнения цилиндров, давления наддува и степени рециркуляции ОГ параметрического поля.
Модуль рециркуляции ОГ
Модуль рециркуляции ОГ контура рециркуляции ОГ низкого давления состоит из радиатора системы рециркуляции ОГ и исполнительного электродвигателя 2 системы рециркуляции ОГ V339. Модуль расположен между сажевым фильтром и турбонагнетателем. За счёт близкого расположения к двигателю и компактной конструкции потери скорости потока в тракте рециркуляции ОГ невелики.
Радиатор системы рециркуляции ОГ
Все рециркулируемые ОГ проходят через радиатор системы рециркуляции ОГ. Более низкая температура ОГ позволяет подмешивать к всасываемому в цилиндры воздуху большее количество ОГ. Кроме того, при такой схеме компоненты в тракте наддувочного воздуха защищены от слишком горячих ОГ.
Фильтрующий элемент
В корпусе сажевого фильтра между сажевым фильтром и радиатором системы рециркуляции ОГ расположен фильтрующий элемент из волокон нержавеющей стали. Фильтрующий элемент препятствует попаданию остаточных загрязняющих частиц из выпускного тракта в турбонагнетатель.
Исполнительный электродвигатель 2 системы рециркуляции ОГ V339
Исполнительный электродвигатель 2 системы рециркуляции ОГ V339 управляется ШИМ-сигналом от БУ двигателя и изменяет положение дроссельной заслонки рециркуляции ОГ. Положением этой дроссельной заслонки в сочетании с положением заслонки ОГ в блоке заслонки ОГ регулируется разность давлений между выпускным и впускным трактами.
Разница давлений определяет интенсивность рециркуляции ОГ. Интенсивность рециркуляции ОГ тем выше, чем больше разница давлений. Поскольку при работе двигателя с высокими нагрузками разница давлений может быть очень велика, в таких режимах интенсивность рециркуляции ОГ ограничивается заслонкой рециркуляции ОГ, приводимой исполнительным электродвигателем.
Заслонка ОГ остаётся при этом полностью открытой.
Последствия при выходе из строя
При выходе исполнительного электродвигателя 2 системы рециркуляции ОГ V339 из строя дроссельная заслонка рециркуляции ОГ закрывается пружиной. Рециркуляция ОГ больше не происходит.
Потенциометр 2 системы рециркуляции ОГ G466
Использование сигнала
Потенциометр 2 системы рециркуляции ОГ G466 установлен в исполнительном электродвигателе 2 системы рециркуляции ОГ V339.
По сигналу этого потенциометра определяется положение исполнительного электродвигателя 2 системы рециркуляции ОГ V339. Эту информацию блок управления двигателя использует при расчёте и регулировании количества рециркулируемых ОГ.
Последствия при выходе из строя
При отсутствии сигнала потенциометра 2 системы рециркуляции ОГ G466 рециркуляция ОГ не производится. Исполнительный электродвигатель 2 системы рециркуляции ОГ V339 больше не приводится в действие блоком управления двигателя, заслонка рециркуляции ОГ закрывается под воздействием пружины.
Блок заслонки ОГ J883
Блок заслонки ОГ J883 состоит из дроссельной заслонки и её электропривода. Блок установлен в системе выпуска ОГ за сажевым фильтром (в направлении потока ОГ). С помощью блока заслонки ОГ J883 можно дросселировать поток ОГ и тем самым регулировать интенсивность рециркуляции ОГ. Для этого блок управления двигателя подаёт в блок заслонки ОГ ШИМ-сигнал.
Принцип действия
Благодаря разнице давлений перед насосной секцией турбонагнетателя и за сажевым фильтром, в контуре рециркуляции ОГ низкого давления в широком параметрическом поле величина падения давления достаточна, чтобы обеспечить требуемую степень рециркуляции ОГ. В режимах, когда разница давлений оказывается недостаточной, необходимый перепад давлений достигается посредством активации заслонки системы выпуска ОГ. Заслонка ОГ при этом дросселирует весь поток ОГ, выходящих из сажевого фильтра. В результате давление ОГ перед заслонкой становится примерно на 10 мбар выше, чем после заслонки.
Благодаря этому избыточному давлению, увеличивается падение давления после модуля рециркуляции ОГ перед насосной секцией турбонагнетателя. За счёт этого возможность достаточно интенсивной рециркуляции ОГ обеспечивается во всём параметрическом поле.
Последствия при выходе из строя
При выходе блока заслонки ОГ J883 из строя заслонка ОГ перемещается пружиной в положение «открыто». В этом случае рециркуляция ОГ не производится.
Накопительный нейтрализатор оксидов азота
Модуль нейтрализации ОГ
Для соблюдения требований экологического класса Евро 6 в части предельных значений содержания оксидов азота двигатель EA288 Евро 6 оснащается накопительным нейтрализатором NOx. Для выделения оксидов азота из отработавших газов окислительный нейтрализатор, помимо платины, палладия и родия, имеет также покрытие из оксида бария и одновременно является накопительным каталитическим нейтрализатором NOx. В блоке управления двигателя заложена цифровая модель, на основании которой учитываются накапливаемые оксиды азота и выполняется регенерация накопительного нейтрализатора NOx.
В качестве входных параметров в цифровой модели используются данные от датчиков температуры ОГ и лямбда-зондов. Сажевый фильтр выполняет также функцию нейтрализатора для сероводорода, образующегося при удалении серы из накопительного нейтрализатора NOx. Для этого в сажевом фильтре имеется покрытие из оксида металла
Принцип действия
Накопление оксидов азота
В накопительном нейтрализаторе NOx имеется покрытие из оксида бария, в котором улавливаются и временно накапливаются содержащиеся в ОГ оксиды азота. Это происходит преимущественно при работе двигателя на бедной смеси (лямбда > 1) при температурах ОГ в диапазоне 220–450 °C.
Поскольку оксид бария может накапливать только диоксид азота (NO2), оксиды азота сначала окисляются на платиновом покрытии до диоксида азота и только после этого вступают в реакцию с оксидом бария с образованием нитрата бария.
Удаление оксидов азота (регенерация)
Если вы не нашли информацию по своему автомобилю — посмотрите ее на автомобили построенные на платформе вашего авто.
С большой долей вероятности информация по ремонту и обслуживанию подойдет и для Вашего авто.
Системы управления дизельными двигателями
Рассмотрим кратко некоторые системы с электронным управлением, которые выпускались после 1990 г.
Известно, что для хорошей работы дизельного двигателя необходима точная дозировка, распыл, смешивание с воздухом и т.д. Добиться этого можно только с использованием точной механики, электроники и хороших топлив. Самая высокая точность требуется на режимах холостого хода, когда требуется примерно 5 мм3 топлива на впрыскивание (пятая часть капли). Разрабатываются различные типы и формы камер сгорания. Используются различные типы наддува воздуха. И это даёт результат — современные дизельные двигатели становятся мощнее бензиновых. Основной элемент системы впрыска, создающий высокое давление — топливный насос высокого давления (ТНВД) или насос-форсунка.
Легковые автомобили и лёгкие грузовики используют для создания давления топлива следующие типы устройств:
- рядные ТНВД разной производительности (M,MW,CW,ZMW…);
- индивидуальные механические ТНВД(РF);
- распределительные ТНВД с аксиальным движением плунжера(VE);
- распределительные ТНВД с радиальным движением плунжера(VR);
- насос-форсунки(UIS);
- аккумуляторные системы(CR).
В цилиндрах дизельных двигателей сжимается воздух до 30-50 bar и температурах 700-900 град. Топливо подаётся в конце такта сжатия и сразу начинает испаряться, перемешиваясь с воздухом образует топливовоздушную смесь. Подача топлива в цилиндры осуществляется по различным схемам. Современные дизельные двигатели имеют ТНВД с электронным управлением и электронные компоненты управления системой впрыска очень похожие на элементы бензиновых двигателей (некоторые взаимозаменяемы).
На рисунке приведен один из вариантов построения системы управления дизельным двигателем а\м ФОРД 2,5 л TCI.
Рис. Рабочая схема системы управления двигателем автомобиля ФОРД 2,5 л ТСI: 1 — ЭБУ двигателем, 2 — диагностический разъем, 3 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 4 — датчик оборотов двигателя, 5 — реле питания, 6 — потенциометрический датчик, 7 — клапан опережения впрыска, 8 — форсунка с датчиком перемещения иглы, 9 — клапан системы EGR (дожиг), 10 — электровакуумный клапан системы EGR, 11 — электроклапан топливоподачи.
Подобные системы использовали ЭБУ для регулирования момента начала впрыскивания и его длительность по сигналам датчика оборотов, положения иглы форсунки первого цилиндра, температуры двигателя, степени нажатия педали акселератора. На рисунке приведена электросхема системы управления двигателем.
Рис. Электросхема системы управления двигателем автомобиля ФОРД 2,5 л ТСI: 4 — датчик положения потенциометрического датчика, 6 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 22 — диагностический разъём, 25 — блок управления, 34 — электровакуумный клапан EGR, 50 — сигнал стартера, 82 — датчик подъёма иглы форсунки первого цилиндра, 85 — свечи подогрева топлива, 86 — клапан открытия\закрытия топливного канала, 87 — клапан времени впрыска топлива, 89 — реле включения свечей подогрева топлива, 90 — индикаторная лампа включения свечей подогрева, 93 — подогревательный элемент в топливном фильтре, 24 — датчик оборотов.
Рис. Расположение элементов управления автомобиля ФОРД 2,5 л TCI.
На рисунке показана схема расположения элементов топливоподачи и управления: 1 — ЭБУ, 2 — диагностический разъём, 3 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 24 — датчик оборотов, 5 — реле включения свечей подогрева топлива, 6 — потенциометрический датчик, 7 — клапан открытия\закрытия топливного канала, 8 — датчик подъёма иглы форсунки первого цилиндра, 9 — клапан EGR, 10 — электровакуумный клапан EGR.
Другой тип построения системы управления рассмотрим на примере а\м ОПЕЛЬ Астра G, 2,0 D DTi.
Рис. Схема расположения элементов автомобиля ОПЕЛЬ Астра X20DTL: 4 — датчик оборотов (коленвал); 6 — блок управления двигателем (под крылом); 7,13 — релейно-предохранительный блок; 8 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 9 — датчик температуры масла; 10,11 — клапана системы рециркуляции ОГ; 12 — подогрев топлива в фильтре; 14 — ТНВД; 20 — блок управления свечами подогрева топлива; 21 — свечи подогрева топлива; 22 — форсунки; 24 — датчик разрежения во впускном коллекторе(МАР); 25 — расходомер воздуха (MAF); 27 — клапан турбокомпрессора.
Рис. Электросхема системы управления двигателем X20DTL автомобиля ОПЕЛЬ: 23 — электровакуумный клапан системы EGR; 31 — расходомер воздуха (MAF); 32 — датчик разрежения во впускном коллекторе (MAP); 39 — датчик оборотов (СКР-коленвал); 42 — датчик температуры охлаждающей жидкости(ЕСТ); 56 — датчик положения педали тормоза, 58 — датчик положения педали акселератора(АРР); 95 — блок управления свечами подогрева топлива; 100 — ЭБУ двигателем(ЕСМ); 140 — датчик температуры масла; 273 — блок управления ТНВД.
ЭБУ двигателем собирает информацию с датчиков, рассчитывает угол опережения и длительность впрыска и передаёт информацию в электронный блок управления насосом высокого давления (ТНВД). ЭБУ насосом расположен непосредственно на ТНВД и получает информацию о температуре топлива, оборотах и положении вала ТНВД от своих датчиков, рассчитывает цикловую подачу топлива и управляет процессом создания рабочего давления на форсунках. Форсунки механического типа и открываются от давления топлива. Из электросхсмы, приведённой на рисунке видно, что она почти не отличается от схем управления бензиновыми двигателями. Отсутствует только система зажигания и электронные форсунки.
Более сложной системой питания и управления является конструкция аккумуляторной системы. В таких системах функции создания высокого давления(ТНВД) и обеспечение длительности и момента впрыскивания(ЭБУ) разделены.
Для примера взята элсктросхема системы управления а\м ФОРД 2,0 TDCi.
Рис. Электросхема системы управления автомобилем ФОРД 2,0 TDCi: 1 — топливные форсунки; 29 — свечи подогрева топлива; 31 — расходомер воздуха(МАР); 39 — датчик оборотов двигателя (коленвал); 40 — датчик фазы (распредвал); 42 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 43 — датчик температуры поступающего воздуха; 45 — датчик детонации; 58 — датчик положения педали акселератора; 60 — датчик температуры топлива; 63 — датчик разрежения во впускном коллекторе (MAP); 100 — ЭБУ двигателем.
Топливо из бака поступает в ТНВД через фильтр от подкачивающего насоса (электрического или механического типа). TI ГОД работает от привода двигателя и создаёт высокое давление в постоянном режиме, закачивая топливо в топливную рейку(аккумулятор). Как и в бензиновых двигателях форсунки имеют электромагнитные клапана и подсоединены к топливной рейке. Давление топлива в рейке зависит or требуемых условий работы двигателя и регулируется в пределах 230 — 1600 bar. В самой топливной рейке установлен датчик и регулятор давления топлива, аварийный клапан ограничения давления. ЭБУ двигателем сканирует информацию с датчиков и по заложенным программам производит расчёт управляющих величин: давление топлива в аккумуляторной рейке; момент и длительность впрыска топлива и пр. По сигналам кислородных датчиков, расположенных в ОГ, осуществляется корректировка управляющих величин для обеспечения снижения вредных выбросов двигателя, снижения расхода топлива.
На рисунке показана схема расположения элементов системы топливоподачи и управления а\м ФОРД.
Рис. Расположение некоторых элементов питания и управления ФОРД TDCi Duratorg: 3 — датчик распредвала(фазы); 5 — датчик оборотов двигателя (коленвал); 8 — ЭБУ двигателем; 9,15,18 — релейный блок; 10 — клапан рециркуляции ОГ(EGR); 11 — насос высокого давления; 12 — регулятор давления топлива; 13 — датчик высокого давления(FRP) в топливной рейке(CR); 14 — датчик температуры топлива; 16 — свечи подогрева топлива; 19 — топливные форсунки; 20 — датчик температуры поступающего воздуха; 21 — датчик детонации; 22 — датчик разрежения во впускном коллекторе (MAP); 23 — расходомер воздуха(МАР); 25 — регулятор давления наддува.
Современные дизельные двигатели с непосредственным впрыском топлива имеют повышенную мощность и крутящий момент, низкую эмиссию выброса вредных веществ, низкий расход топлива. Всё это позволило поднять популярность легковых а\м, использующих дизельные двигатели. Достижение высоких показателей возможно только при использовании качественных топлив, в противном случае происходит быстрый износ элементов питания топливом и вместо экономии пользователь попадает на дорогостоящий ремонт ТНВД и др. элементов двигателя.