ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ И РАБОТА СИСТЕМЫ
Локальная сеть General Motors (GMLAN) автомобиля - семейство последовательных коммуникационных шин (подсетей), которые позволяют электронным контрольным устройствам (ECU или узлам) поддерживать связь друг с другом или с диагностическим тестером.
GMLAN поддерживает три шины, высокоскоростную двухпроводную шину, среднескоростную двухпроводную шину и однопроводную низкоскоростную шину.
- Высокоскоростная шина (500 кбит/с) - обычно применяется для совместного использования данных в режиме реального времени, типа заданный водителем вращающий момент, фактический вращающий момент двигателя, угол поворота и т.д.
- Среднескоростная шина (приблизительно 95.2 кбит/с) - обычно используется для информационной поддержки (отображение, навигация и т.д.), где время ответа системы требует, чтобы большое количество данных было передано за относительно короткое время, типа обновления отображения графической информации.
- Низкоскоростная шина (33.33 кбит/с) - обычно используется для управляемых водителем устройств, где требуется время ответа системы порядка 100-200 мс. Эта шина также поддерживает высокоскоростную операцию при 83.33 кбит/с, используемую только при перепрограммировании контроллера ECU.
Решение о применении определенной шины на конкретном автомобиле зависит от того, как распределены функции между различными контроллерами этого автомобиля. В шинах GMLAN используется коммуникационный протокол контроллерной локальной сети (CAN). Данные запаковываются в сообщения CAN, которые сегментированы на "фреймы" CAN. Каждый фрейм CAN включает данные заголовка (также известного как идентификатор CAN, или CANId) и максимум восьми (8) байтов данных. Сообщение может состоять из отдельного фрейма или из множественных фреймов в зависимости от числа байтов данных, которые определяют полное сообщение. Арбитраж канала связи происходит только по заголовку, или CANId, части фрейма.
В силовой установке имеются электронные системы управления, предназначенные для уменьшения токсичности выхлопных газов и, в то же время, поддержания отличных ходовых качеств и экономии топлива. Контроллер электронной системы управления двигателем (ЭСУД) является центром управления этой системы. Контроллер ЭСУД управляет множеством функций двигателя и автомобиля. Контроллер ЭСУД непрерывно принимает информацию от различных датчиков и других источников данных, а также управляет системами, влияющими на рабочие характеристики автомобиля и токсичность выхлопных газов. Кроме того, контроллер ЭСУД выполняет диагностические проверки различных частей системы. Контроллер ЭСУД может обнаруживать нарушения функционирования и предупреждать водителя посредством контрольной лампы индикации неисправности (MIL). При обнаружении неисправности контроллер ЭСУД сохраняет диагностический код неисправности (DTC), с помощью которого идентифицируется система, в которой возникла неисправность. С контроллера подается буферизованное напряжение питания на различные датчики и выключатели. Чтобы определить, какие системы управляются контроллером ЭСУД, необходимо рассмотреть узлы и электрические схемы.
Контрольная лампа индикации неисправности (MIL) расположена на комбинации приборов. Лампа MIL указывает на то, что возникла неисправность, связанная с токсичностью выхлопных газов.
Система контроля положения педали акселератора (APP) вместе с электронными системами автомобиля и другими узлами служит для расчета и управления величиной ускорения и замедления путем управления впрыском топлива. Таким образом отпадает необходимость в механической связи посредством троса между педалью акселератора и системой впрыска топлива.
Среди прочего, в систему APP входят следующие узлы:
- Узел датчика положения педали акселератора (APP)
- Контроллер электронной системы управления двигателем (ЭСУД)
Датчик положения педали акселератора (APP) расположен на узле педали акселератора. Датчик состоит из 2 отдельных датчиков в одном корпусе. Для связи датчика положения педали акселератора с контроллером ЭСУД используются цепи двух отдельных сигналов, опорного низкого уровня и опорного напряжения 5 В. Каждый датчик выполняет свои функции для определения положения педали. Контроллером ЭСУД датчик APP используется для определения величины ускорения или замедления, требующейся водителю автомобиля. Напряжение с датчика APP 1 возрастает при нажатии педали акселератора приблизительно с 1,0 В при ходе педали 0% до 4,0 В при ходе педали 100%. Напряжение с датчика APP 2 возрастает приблизительно с 0,5 В при ходе педали 0% до 2,0 В при ходе педали 100%.
В состав топливной системы этого автомобиля входят следующие узлы:
- Контур низкого давления
- Подающие и возвратные трубки и шланги
- Возвратный топливный распределительный блок
- Топливный бак
- Подающий топливный насос
- Датчики уровня топлива
- Топливный фильтр/нагреватель
- Датчик воды в топливе (WIF)
- Контур высокого давления
- Топливный насос высокого давления с дозирующим блоком
- Топливная рампа (Common Rail)
- Датчик давления в топливной рампе (FRP)
- Топливные форсунки
- Регулятор давления в топливной рампе (FRP)
Датчик уровня топлива состоит из поплавка, проволочного рычага поплавка и керамической резисторной платы. Уровень топлива определяется по положению рычага поплавка. В датчике уровня топлива имеется переменный резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от остатка топлива в баке. С контроллера электронной системы управления двигателем (ЭСУД) информация об уровне топлива передается на комбинацию приборов (IPC). Эта информация используется для индикации на указателе остатка топлива на приборной панели, а также для предупредительного индикатора низкого уровня топлива (при его наличии). Кроме того, вход от датчика уровня топлива используется контроллером ЭСУД для различных диагностических функций.
Главный подающий топливный насос расположен на левой половине топливного бака. Напряжение питания на этот топливный насос подается с реле топливного насоса, которое управляется контроллером ЭСУД. Топливо перекачивается из топливного бака на топливный насос высокого давления.
Топливный насос высокого давления CP1H фирмы BOSCH применяется на дизельном двигателе Z20S. Этот насос представляет собой усовершенствованный вариант модели CP1. Теперь этот насос создает в топливной рампе давление до 1600 бар. Это было достигнуто путем усиления привода, усовершенствования клапанных узлов и принятия мер по повышению прочности корпуса. Чтобы обеспечить достаточное количество топлива, насос имеет конструкцию, имеющую общую производительность 160 л/ч.
Требуемая производительность насоса плавно регулируется посредством дозирующего блока с электроприводом, расположенного на топливном насосе высокого давления. Этот клапан регулирует количество топлива, подаваемого в рампу, в соответствии с потребностями системы. Такой тип регулирования подачи топлива не только снижает требования к мощности насоса, но и уменьшает максимальную температуру топлива. Давление на впуске, необходимое для топливного насоса высокого давления, обеспечивается электрическим подающим топливным насосом, расположенным на топливном баке. Излишнее топливо с топливного насоса высокого давления возвращается в топливный бак по возвратному топливопроводу.
Топливный насос высокого давления представляет собой поршневой насос тройного действия. Он связывает топливные контуры низкого и высокого давления. Насос приводится во вращение от двигателя приводным ремнем газораспределительного механизма.
Узел топливного фильтра состоит из корпуса топливного фильтра, фильтрующего элемента, датчика воды в топливе, нагревателя топлива и датчика температуры топлива. Фильтрующий элемент улавливает содержащиеся в топливе частицы, которые могут повредить систему впрыска топлива. От датчика температуры топлива сигнал поступает на контроллер ЭСУД, который выдает команду подогрева топлива посредством топливного нагревателя. Датчик воды в топливе обнаруживает присутствие воды в корпусе топливного фильтра.
По подающим топливопроводам топливо подается из толпивного бака на топливный насос высокого давления. По возвратным топливопроводам топливо возвращается из возвратного топливораспределительного блока обратно в топливный бак.
Узел топливной рампы распределяет топливо под давлением по топливопроводам на топливные форсунки.
Узел топливной рампы состоит из следующих частей:
- Топливная рампа (Common Rail)
- Датчик давления в топливной рампе (FRP)
- Регулятор давления в топливной рампе (FRP)
Датчик давления в топливной рампе передает на контроллер ЭСУД информацию о давлении топлива. В контроллере ЭСУД эта информация используется для регулирования давления топлива посредством команд открытия или закрытия регулятора давления топлива вместе с дозирующим блоком на входе топливного насоса высокого давления.
Топливная форсунка представляет собой электромагнитное устройство, управляемое контроллером ЭСУД, которое дозирует сжатое топливо в отдельный цилиндр двигателя. С контроллера ЭСУД подается напряжение на низкоимпедансный электромагнитный клапан форсунки, чтобы открыть нормально-закрытый клапан. Топливо под давлением выпускается поверх иглы топливной форсунки и возвращается в топливный бак через возвратные топливопроводы. Разность давления топлива над иглой и под ней заставляет иглу открыться. Топливо из наконечника топливной форсунки распыляется непосредственно в камеру сгорания на такте сжатия двигателя.
На дизельном двигателе в цилиндре сжимается только воздух. Затем, после сжатия воздуха, порция топлива распыляется в цилиндр, и в результате нагрева при сжатии происходит воспламенение. Для облегчения пуска двигателя используются четыре свечи накаливания.
Управление свечами накаливания осуществляется контроллером свечей накаливания (GCU), и свечам накаливания требуется не более 3 секунд на то, чтобы нагреться до 1000°C (1832°F). Температура и потребление энергии контролируются совместно контроллерами ЭСУД и GCU в широком диапазоне для выполнения условий предварительного прогрева двигателя. Питание на каждую свечу накаливания подается отдельно. Такое устройство обеспечивает оптимальное время нагрева свечей накаливания, при этом время работы предварительного прогрева может быть сведено к минимуму для сокращения времени запуска и продления срока службы свечей накаливания.
Первоначальное время включения свечи накаливания варьируется в зависимости от напряжения в системе и температуры. При низкой температуре время включения увеличивается.
Свечи накаливания представляют собой нагреватели в каждом цилиндре, работающие при напряжении 4,4 В. Они включаются и управляются широтно-модулированным сигналом при повороте ключа зажигания в положение "РАБОТА" перед запуском двигателя. Некоторое время после запуска они продолжают работать в импульсном режиме, а затем выключаются.
Индикатор свечей накаливания на приборной панели служит для информирования об условиях пуска двигателя. Индикатор свечей зажигания не горит во время работы свечей накаливания после пуска двигателя.
Контроллер свечей накаливания представляет собой полупроводниковое устройство, управляющее свечами накаливания. Контроллер GCU связан со следующими цепями:
- Цепь напряжения зажигания 1.
- Цепь напряжения аккумулятора.
- Диагностическая цепь, расположенная между контроллером ЭСУД и контроллером свечей накаливания.
- Цепь массы двигателя.
- Цепи питания свечей накаливания расположены между контроллером свечей накаливания и собственно свечами накаливания.
Система рециркуляция отработавших газов (EGR) служит для снижения содержания оксидов азота (NOx) в выхлопных газах, образующихся при высокой температуре сгорания. Это осуществляется путем подачи небольшого количества отработавших газов обратно в камеру сгорания. Выхлопные газы поглощают часть тепловой энергии, вырабатываемой в процессе сгорания, и таким образом уменьшает температуру сгорания. Система EGR работает только при определенных значениях температуры, барометрического давления и нагрузки двигателя, чтобы не допустить ухудшения ходовых качеств и повысить мощность двигателя.
Система EGR состоит из следующих компонентов:
- Клапан EGR - Клапан EGR имеет вакуумный привод. Клапан EGR служит для направления отработавших газов из выхлопной системы во впускной коллектор для рециркуляции в процессе сгорания.
- Вакуумный насос - Вакуум для вакуумного привода клапана системы EGR создается механическим насосом с приводом от распределительного вала, называемым вакуумным насосом. Вакуумный насос работает непрерывно, когда работает двигатель.
- Электромагнитный клапан управления вакуумным приводом клапана EGR - Электромагнитный клапан управления вакуумным приводом клапана EGR расположен в вакуумной системе управления EGR между вакуумным насосом и клапаном EGR. Контроллер ЭСУД выдает сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ) по цепи массы электромагнитного клапана управления вакуумным приводом клапана EGR, чтобы с помощью дозированной подачи вакуума с вакуумного насоса открыть клапан EGR в требуемое положение. На электромагнитный клапан управления вакуумным приводом клапана EGR подается напряжение зажигания по цепи напряжения зажигания 1 с главного реле. Электромагнитный клапан управления вакуумным приводом клапана EGR имеет нормально-закрытый тип.
- Управление приводом дроссельной заслонки EGR - В дизельных двигателях не создается достаточный вакуум для того, чтобы рециркулирующиеся выхлопные газы самостоятельно могли попасть в процесс сгорания. Дроссельная заслонка EGR в закрытом состоянии препятствует попаданию свежего воздуха в двигатель, в результате чего в нем создается разрежение. Когда контроллером ЭСУД выдается команда на открытие клапана EGR, на дроссельную заслонку EGR выдается команда на закрытие. Дроссельная заслонка EGR имеет нормально-открытый тип.
- Датчик MAF - Датчик MAF (массового расхода воздуха) расположен во впускной воздушной системе между воздушным фильтром и выпускным портом клапана EGR. В контроллере ЭСУД используется сигнал от датчика массового расхода воздуха (MAF) для расчета фактического расхода рециркулируемых выхлопных газов во впускном коллекторе. Когда клапан EGR открыт, значение MAF уменьшается.
- Охладитель EGR - Охлаждающая жидкость двигателя протекает через охладитель EGR, чтобы уменьшить температуру выхлопных газов перед их поступлением на клапан EGR и впускной коллектор.
Турбонагнетатель повышает мощность двигателя, подавая сжатый воздух в камеры сгорания, благодаря чему сгорает большее количество топлива с оптимальным составом топливо-воздушной смеси. В обычном турбонагнетателе турбина вращается под действием выхлопных газов, поступающих с двигателя на лопатки турбины. При этом вращается колесо компрессора на противоположном конце вала турбины, накачивая больше воздуха во впускную систему.
На турбонагнетателе этого автомобиля положение лопаток турбины управляется контроллером управления двигателем (ЭСУД), посредством чего регулируется давление турбонаддува. Таким образом, давление наддува может регулироваться независимо от оборотов двигателя. Лопатки закреплены на общем кольце, которое может вращаться для изменения угла лопаток. Контроллер ЭСУД изменяет наддув в зависимости от нагрузки двигателя.
Система обработки выхлопных газов дизельного двигателя состоит из расположенного в моторном отсеке пускового катализатора (precat) и каталитического нейтрализатора, расположенного под кузовом (главного дизельного окислительного катализатора + сажевого дизельного фильтра с покрытием).
Системы управления двигателем и обработки выхлопных газов предназначены для уменьшения содержания в выхлопных газах таких вредных веществ, как углеводороды (HC) и угарный газ (CO), а также твердых частиц (сажи) с целью соблюдения современных строгих норм токсичности выхлопных газов.
Сажевый дизельный фильтр изготовлен из карбида кремния и покрыт благородным металлом. Он предназначен для сокращения количества углеводородов (HC) и угарного газа (CO) и улавливает частицы в выхлопных газах двигателя с целью уменьшения выбросов сажи в атмосферу. Частицы сажи скапливаются в каналах дизельного фильтра с покрытием и сжигаются через регулярные промежутки времени (в процессе, называемом "регенерацией"), чтобы не допустить засорения фильтра. Чрезмерное скопление сажи в фильтре может привести к падению мощности двигателя и поломке фильтра во время регенерации. Для повышения температуры выхлопных газов во время регенерации в фильтр через множество форсунок дополнительно впрыскивается топливо. В это время температура в фильтре DPF повышается приблизительно до 600°C, и скопившаяся сажа окисляется или выгорает, превращаясь в углекислый газ (CO2).
Напорные трубки, соединенные с датчиком перепада давления, служат для измерения уровня отложений сажи в дизельном фильтре сажи с покрытием и защиты двигателя, запуская процесс регенерации при достижении критического уровня отложения сажи.
Пусковой катализатор в моторном отсеке (precat) и главный дизельный каталитический нейтрализатор (DOC) покрыты благородным металлом и служат для уменьшения содержания в выхлопных газах углеводородов (HC) и угарного газа (CO). Кроме того, во время регенерации эти узлы способствуют повышению температуры выхлопных газов путем сжигания дополнительно впрыскиваемого топлива. Дополнительный впрыск топлива в цилиндры позволяет выполнять регенерацию в любых условиях работы двигателя, а также при любых значениях наружной температуры и давления. Процесс регенерации происходит гладко и обычно незаметно для водителя автомобиля.