Работа двигателя BMW М52

Нашёл интересную статью про работу двигателя BMW M52. Думаю кому-то пригодиться.

Распознавание плавности хода и пропусков зажигания
Значения плавности хода отдельных цилиндров индицируются в целях поиска неисправности.
Для установки правильных значений двигатель должен поработать в режиме холостого хода не менее 3 минут. Анализ плавности работы двигателя на холостом ходу функционирует только при работе двигателя (холодного или прогретого) на холостом ходу. Путем анализа ускорения частоты вращения коленчатого вала, измеренного на датчике положения коленчатого вала, можно сделать заключение относительно качества сгорания рабочей смеси в отдельных цилиндрах. Таким образом очень легко можно распознать цилиндр с плохим сгоранием рабочей смеси.
Случайные отклонения в работе отдельного цилиндра можно распознать только путем точного наблюдения за значением. Теоретически, при равномерном сгорании рабочей смеси в цилиндрах двигателя значения для всех цилиндров равны нулю.
Причиной повышения значений неплавности могут стать различные факторы (напр., пропуски зажигания, подсос воздуха через неплотности, отклонения в составе смеси, сбои в подаче топлива, недостаточная компрессия). Поэтому указать точные пределы воздействия невозможно.
С помощью датчика Холла на инкрементном колесе измеряется скорость вращения (частота вращения) вала двигателя. Дополнительно к определению частоты вращения производится также контроль плавности хода (распознавание пропусков зажигания).
Для распознавания пропусков зажигания инкрементное колесо делится внутри ЭБУ соответственно интервалам зажигания, в 6-цилиндровом двигателе 3 цикла зажигания на один оборот коленчатого вала — на три сегмента, в 4-цилиндровом двигателе 2 цикла зажигания — на 2 сегмента. В электронном блоке управления время прохождения отдельного сегмента инкрементного колеса измеряется и постоянно анализируется. Для каждой точки характеристики рассчитываются максимально допустимые значения неплавности хода как функция от частоты вращения, нагрузки и температуры двигателя.
При превышении этих значений при определенном количестве циклов сгорания в ЗУ заносятся сообщения о цилиндрах, признанных неисправными.
Форсунка
Последовательный впрыск
При последовательном впрыске каждая форсунка активизируется через отдельный выходной каскад.
У последовательного впрыска есть следующие преимущества:
— улучшенная подготовка рабочей смеси для каждого отдельного цилиндра
— изменение момента впрыска в зависимости от рабочего состояния двигателя (частота вращения коленчатого вала, нагрузка, температура)
— избирательная (по цилиндрам) коррекция времени впрыска при чередовании нагрузки двигателя, это означает, что в ходе рабочего цикла время впрыска корректируется повторным впрыском, увеличением или уменьшением продолжительности.
— возможность избирательного (по цилиндрам) отключения (например, при неисправной катушке зажигания)
— возможность диагностики отдельных форсунок
Эти преимущества обусловлены тем, что подача топлива ко всем цилиндрам осуществляется раздельно.
Благодаря активизации каждой форсунки через отдельный выходной каскад достигается предварительное накапливание одинакового количества топлива и, тем самым, подготовка одинаково качественной рабочей смеси для всех цилиндров. Время предварительного накапливания может изменяться и зависит от нагрузки, частоты вращения коленчатого вала и температуры.
Так как впрыск производится только один раз на оборот распределительного вала, разброс в количестве подаваемого топлива из-за допусков в узле распредвала незначителен. Кроме этого повышается качество холостого хода, так как время реагирования и время отпускания на форсунках уменьшается. Также становится несколько меньше расход топлива.
Во время движения при внезапном ускорении или сбросе газа время впрыска может корректироваться. Если форсунки еще открыты, на форсунках, на которых впрыск еще не произошел, на которых впрыск происходит в данный момент или на которых впрыск уже произошел, количество рабочей смеси может корректироваться кратковременным повторным впрыском или увеличением или уменьшением времени впрыска. Благодаря этому достигается улучшение параметров реагирования двигателя.
Другое важное усовершенствование состоит в том, что при отказе одного из выходных каскадов двигателя с оставшимися в рабочем состоянии цилиндрами можно доехать до ближайшей станции технического обслуживания BMW.
Пуск холодного двигателя
Для улучшения параметров запуска были внесены изменения в процесс впрыска при запуске двигателя.
При запуске двигателя при частоте вращения > 20 об/мин предварительно впрыскивается некоторое количество топлива. Количество зависит от температуры охлаждающей жидкости в двигателе. Благодаря этому происходит увлажнение всасывающего канала и впускных клапанов.
Повторный предварительный впрыск в случае остановки двигателя происходит в том случае, если двигатель проработал не менее 20 с.
Специально для MS42 / MS43
Установленные форсунки представляют собой двухсопловые форсунки.
Такие форсунки необходимы, так как между обоими впускными клапанами имеется перемычка. Для лучшей подготовки рабочей смеси к обоим впускным клапанам должно впрыскиваться одинаковое количество топлива. Это обеспечивается новой конструкцией форсунок.
Топливный насос
Топливный насос устанавливается в топливном баке. Он включается и выключается через специальное реле и служит для подачи топлива через топливный фильтр к топливному распределительному трубопроводу.
Реле топливного насоса
ЭБУ может контролировать только процесс активизации реле, но не самого насоса. Реле активизируется через безопасную схему только при работающем двигателе и после поворота ключа зажигания в положение 2 на короткое время для нагнетания давления.
В случае остановки двигателя ЭБУ системы DME перестает распознавать частоту вращения и тотчас отключает реле. Таким образом предотвращается продолжение работы топливного насоса при неработающем двигателе.
Подготовка рабочей смеси
При любых условиях эксплуатации двигатель должен безукоризненно работать и максимально использовать подаваемую энергию. Для этого подготавливаемая топливно-воздушная смесь должна иметь оптимальный состав. Только в этом случае качество сгорания будет высоким, что даст соответствующую мощность двигателя. Кроме этого, только высокое качество сгорания может обеспечить ограничение выброса вредных веществ.
Благодаря коррекциям ЭБУ двигателя запоминает определенные параметры узлов и вариантов комплектации и выравнивает некоторые отклонения, вызванные допусками узлов и деталей. Если корректировочные значения превышают определенные границы, это свидетельствует о наличии неисправности.
Коррекция состава рабочей смеси с лямбда-зондом
Коррекция состава рабочей смеси с лямбда-зондом служит для устранения отклонений в узлах, влияющих на состав смеси, и влияния процессов старения.
Такие факторы, как подсос воздуха через неплотности и давление подачи топлива также влияют на коррекцию состава смеси с лямбда-зондом и частично компенсируются благодаря ей.
По этим причинам невозможно дать точные пределы воздействия на случай неисправности.
При коррекции состава смеси с лямбда-зондом различают коррекцию состава смеси на холостом ходу (суммирующая) и при частичной нагрузке (множительная):
— Коррекция состава смеси на холостом ходу действует на холостом ходу или в диапазоне, близком к холостому ходу. При увеличении частоты вращения коленвала воздействие становится все меньше (например, важным фактором является подсос воздуха через неплотности)
— Коррекция состава смеси при частичной нагрузке действует во всем диапазоне поля характеристик (например, важным фактором является давление подачи топлива).

Топливно-воздушная смесь
Для работы ДВС с искровым зажиганием требуется определенное соотношение воздуха и топлива в составе рабочей смеси (лямбда). Теоретическое соотношение воздуха и топлива составляет 14,7 : 1.
В различных рабочих состояниях двигателя (холодный, прогретый, ускорение и т.д.) требуется, тем не менее, рабочая смесь, состав которой отклоняется от идеального значения. Поэтому с помощью самых различных приспособлений производится коррекция состава рабочей смеси.
В режиме полной нагрузки для обеспечения требуемой мощности необходима более обогащенная смесь.
При лямбда < 1 имеет место недостаток воздуха. Рабочая смесь обогащена. Двигатель достигает наибольшей мощности при лямбда = 0,85 до 0,95.
При лямбда > 1 имеет место избыток воздуха. Рабочая смесь обеднена, из-за этого уменьшается расход топлива и мощность.
При лямбда > 1,3 рабочая смесь становится трудновоспламеняемой, двигатель перестает работать, порог хода превышен.
Практика показывает, что наиболее благоприятная ситуация складывается при лямбда от 0,9 до 1,1. Тем не менее, если двигатель должен эксплуатироваться приблизительно при лямбда = 1, то для подготовки рабочей смеси необходима система впрыскивания с регулировкой состава рабочей смеси с лямбда-зондом.
Электронная система впрыска измеряет количество всасываемого в двигатель воздуха и преобразует измеренное значение в электрический сигнал, который анализируется в ЭБУ системы DME. На основе электронного сигнала и других параметров ЭБУ рассчитывает необходимое для двигателя количество топлива. ЭБУ активизирует электромагнитные форсунки. Форсунки впрыскивают топливо перед впускными клапанами цилиндров в периодическом режиме.
Вентиляция топливного бака
Клапан вентиляции топливного бака служит для управляемого восстановления фильтра с активированным углем (AKF) посредством потока воздуха. Поток воздуха, всасываемый через фильтр с активированным углем, обогащается в зависимости от насыщения активированного угля углеводородом (HC) и затем подается в двигатель для сгорания.
Выход углеводородов из топливного бака сильно зависит от следующих параметров:
— температура топлива и окружающей среды
— давление воздуха
— уровень топлива в баке
В обесточенном состоянии клапан вентиляции бака закрыт. Благодаря этому при выключенном двигателе пары топлива не попадают из фильтра во впускной коллектор.
Бортовая система диагностики OBD II
Помимо вредных веществ, которые образуются при сгорании топлива, автомобиль выбрасывает значительное количество несгоревших углеводородов. Этот выброс углеводородов может происходить из-за негерметичности системы подачи топлива, а также недостаточной вентиляции топливного бака (пропускает фильтр с активированным углем).
По этой причине система OBD II выдвигает новые требования к системе подачи топлива и системе вентиляции топливного бака. Максимально допустимые предельные значения для выходящих паров топлива установлены заново. Кроме того DME должен распознавать места негерметичности в системе подачи топлива размером больше 1 мм.
Для этого в автомобилях BMW приняты следующие меры:
— Снижение температуры топлива с помощью топливного контура с двухпозиционным трехлинейным клапаном
— Фильтр с активированным углем получил новые размеры
— Новый активированный уголь с более высокой абсорбционной способностью
— Реализация диагностики системы вентиляции топливного бака внутри ЭБУ двигателя с помощью запорного клапана фильтра с активированным углем и датчика давления в топливном баке
Диагностика системы вентиляции топливного бака
Диагностика системы вентиляции топливного бака происходит автоматически с определенной периодичностью. Она проводится только при работающем двигателе. Чтобы точно установить негерметичность топливного бака и системы вентиляции топливного бака, нужно изолировать систему в целом. Это осуществляется с помощью запорного клапана (AAV) на фильтре с активированным углем (AKF).
Проверка герметичности путем создания разрежения:
Открывается клапан вентиляции топливного бака (TEV). Он остается открытым, пока во всей системе не установится разрежение 5-10 мбар. Измерение разрежения производится с помощью датчика давления в топливном баке.
При достижении необходимого уровня разрежения клапан вентиляции топливного бака закрывается.
Теперь клапан вентиляции топливного бака и запорный клапан (на фильтре из активированного угля) одновременно закрыты. В этом состоянии ЭБУ системы DME контролирует с помощью датчика давления полученное разрежение в топливном баке и системе вентиляции топливного бака. Если уровень разрежения падает в течение прим. 10 с больше, чем на определенное пороговое значение, ЭБУ двигателя распознает утечку.
Проверка герметичности путем создания избыточного давления:
Включается насос обнаружения протечек в баке LDP (Leak detection pump), клапан вентиляции топливного бака закрывается. LDP остается включенным, пока во всей системе не установится избыточное давление 5-10 мбар. Измерение избыточного давления в системе производится с помощью геркона в LDP.
Когда достигается желаемое избыточное давление, LDP выключается.
Теперь клапан вентиляции топливного бака и запорный клапан (на фильтре из активированного угля) одновременно закрыты, LDP выключен. В этом состоянии ЭБУ системы DME контролирует с помощью датчика давления полученное избыточное давление в топливном баке и системе вентиляции топливного бака. Если уровень избыточного давления падает в течение прим. 10 с больше, чем на определенное пороговое значение, ЭБУ двигателя распознает утечку.

Адаптация, коррекция

Условия работы двигателя могут меняться.

О том, как современные системы «обучены» к ним приспосабливатся.

Казалось бы, для правильной работы впрыскового двигателя достаточно обычного лямбда-регулирования, о котором мы не раз говорили, то есть изменения состава рабочей смеси в цилиндрах по сигналу датчика остаточного кислорода в отработавших газах. Но в реальности этого мало – в силу различных причин постепенно меняются и характеристики датчиков, и состояние двигателя, порой нестабильны и показатели топлива. Чтобы избавить от необходимости частых подрегулировок, логично решили, что электронный блок управления должен сам приспосабливаться к подобным переменам. Это назвали «самообучением» системы.

Кроме текущего коэффициента коррекции К, ныне применяются как минимум еще два. Это аддитивная и мультипликативная составляющие коррекции самообучения.

Производители автомобилей и диагностического оборудования различных марок до сих пор не договорились о единых обозначениях параметров – каждый придумывает сокращения по своему вкусу. Мы обозначим аддитивную составляющую коррекции самообучения Кад, а мультипликативную Км. Первая отвечает за работу двигателя при минимальных оборотах холостого хода, вторая – при частичных нагрузках.

Кад принято обозначать в процентах. Обычные пределы его изменения – от -10 до +10%. Км – показатель безразмерный, как и уже известный коэффициент коррекции времени впрыска К. Изменяется Км от 0,75 до 1,25. Предельные значения любого из этих коэффициентов свидетельствуют о значительном отклонении состава смеси от стехиометрии. Если Км станет меньше 0,78 или больше 1,22, система самодиагностики включит в комбинации приборов контрольную лампу «проверь двигатель». Этот же сигнал будет подан, если Кад перевалит за 8-процентный барьер – как в положительную, так и отрицательную сторону. Контроллер зафиксирует коды неисправностей РО171 и РО172 – смесь слишком бедная либо богатая. (Второй символ О в обозначении кода говорит о том, что это общий код согласно протоколу OBD – и расшифровывается одинаково для любого автомобиля).

Зачем же нужны два дополнительных коэффициента? Напомним: текущий коэффициент коррекции К быстро реагирует на постоянно происходящие колебания состава смеси – но этим его роль и исчерпывается. А вот коэффициенты Кад и Км учитывают влияние долговременных, медленно меняющихся факторов, возникших в результате работы двигателя, – например, постепенную потерю им компрессии из-за износа, загрязнение фильтров, чувствительного элемента ДМРВ и т.д.

Рассмотрим изменения коэффициентов на примере. Пока двигатель холодный и лямбда-регулирования нет, текущий коэффициент коррекции К = 1. Режим адаптации еще не работает. Чтобы он включился, должны быть выполнены следующие условия: двигатель прогрет выше +85°С, проработал с момента пуска 10 минут, есть лямбда-регулирование, коэффициент К меняется в положенных узких пределах, то есть 0,98–1,02.

Если двигатель работает с частичной нагрузкой, в дело вступает коэффициент мультипликативной коррекции Км. Блок управления в какой-то момент времени t1 начинает плавно увеличивать параметр адаптации Км. Допустим, он увеличился до 1,01. Смесь стала богаче на 1%. Соответственно, параметр текущей коррекции впрыска К реагирует на это и переходит в диапазон 1,12–1,16 при среднем значении 1,14. Но К еще очень далек от единицы, поэтому блок продолжает увеличивать Км. Это будет продолжаться, пока смесь не вернется к стехиометрии, то есть К = 1,0. К этому моменту Км = 1,15. В итоге блок управления «научился» работать с учетом отклонений в ДМРВ, погрешность которого учтена в результатах адаптации, а коэффициент К коррекции времени впрыска, как и положено, вновь колеблется в пределах 0,98–1,02 – и готов скомпенсировать внезапное обогащение либо обеднение смеси на 25%. Коэффициент Км, в отличие от К, записывается в энергозависимую память контроллера и хранится там даже при выключенном зажигании. При последующих пусках, включая холодные, без лямбда-регулирования, контроллер будет учитывать погрешность ДМРВ.

Аддитивная составляющая коррекции самообучения Кад тоже отслеживает изменения коэффициента К – но лишь при минимальных оборотах холостого хода. Ее размерность – проценты. Изменение состава смеси, определяемое коэффициентом Кад, можно рассчитать по формуле, которую мы представим в упрощенном виде, так как на составе смеси сказываются и другие параметры, которые здесь не рассматриваются. Итак, состав смеси меняется на величину: Кад.100/нагрузка. О параметре нагрузки мы говорили в прошлом материале – для исправного прогретого двигателя на холостом ходу он близок к 20%. Допустим, Кад = 2% – в этом случае состав смеси соответствует 10-процентному обогащению. А если Кад = -5%, то смесь обеднится на 25%. А если двигатель не обкатан? Параметр нагрузки больше, около 25%. В этом случае при Кад = 2% произойдет обогащение смеси на 8%. Как работает эта форма адаптации, рассмотрим на примере.

Допустим, во впускной коллектор подсасывался воздух, обедняя смесь на 10%. Сначала это компенсировал текущий коэффициент коррекции времени впрыска К – он увеличился до 1,1 и этим привел смесь к стехиометрии. Но после включения адаптации получаем: Кад = 2%, а коэффициент К = 1,0.

При повторных пусках блок управления учитывает ранее подкорректированное значение Кад – и даже на режиме прогрева, когда лямбда-регулирования нет, это обеспечивает устойчивую работу двигателя.

…Но вот подсос устранили. Смесь стала богатой. На это сразу отреагирует коэффициент коррекции времени впрыска К – он снизится до 0,9. Топливоподача снизилась на 10%, смесь вернулась к стехиометрии. После включения адаптации Кад начнет уменьшаться, пока коррекция времени впрыска не вернется к величине К = 1,0.

Отметим в заключение: чтобы коэффициенты Км, Кад и время впрыска после устранения неисправности вернулись к номинальным значениям, долго ждать не надо. Достаточно воспользоваться функцией диагностического прибора «сброс адаптаций» или отключить аккумулятор.

Допустим, что Кад = 0, К = 1,0. Это их нейтральные значения. Но вот ДМРВ, например, состарился – и смесь стала на 15% бедней. Блок управления начнет приводить ее к стехиометрии и увеличит подачу топлива на 15%. В этом случае коэффициент К будет колебаться в пределах 1,13–1,17 (среднее значение 1,15). Вот тут и включается процесс адаптации: параметр «базовая адаптация смеси» принимает значение «ДА». Задача адаптации – компенсировать ошибки топливодозирования и вернуть к номинальному значению 1,0 коэффициент К.

Старый 26.04.2012, 16:57 #60
vitek101
Ветеран

Аватар для vitek101
Обо мне Обо мне
Простите великодушно, но вот еще

Краткое описание системы впрыска Siemens

Система управления двигателем Siemens MS40 используется в автомобилях BMW серии Е34 с двигателем М50 В20 с сентября 1991 г. Она заменяет использовавшуюся до этого систему DME 3.1.

Внешними отличительными признаками MS40 являются:
— термоанемометрический расходомер воздуха вместо расходомера на основе нагреваемой проволоки;
— блок управления с надписью "Siemens";
— подогрев лямбда-зондов без реле;
— два датчика детонации на картере двигателя;
— однообмоточный, а не двухобмоточный регулятор холостого хода.

В отличие от Bosch DME 3.1, система управления двигателем Siemens располагает следующими дополнительными функциями:

— отдельная для каждого цилиндра система управления детонацией;
— обратный сигнал тока в системе зажигания на блок управления (система контроля первичной и вторичной цепи);
— функция защиты от перегрева катализатора;
— управляемый подогрев лямбда-зондов;
— ограничение частоты вращения посредством отключение отдельного цилиндра.

Блок управления
Блок управления Siemens MS 40 выполнен в технике Multilayer (Multilayer: переключающая схема с токопроводящими дорожками более чем на двух уровнях).
Более 85 % деталей имеют уменьшенный вес и размер. Детали закреплены непосредственно на поверхности печатной платы с использованием особой техники пайки.

Ограничение частоты вращения посредством отключение отдельного цилиндра
При достижении предельной частоты сначала отключается впрыск топлива в один цилиндр, затем в остальные цилиндры в порядке их работы, до тех пор, пока число оборотов не снизится до допустимого.
Если значение частоты вращения превышает предельное значение, даже когда все шесть цилиндров отключены (механическое повреждение форсунок), то в качестве дополнительной предохранительной функции отключается топливный насос.

Система управления двигателем Siemens MS 40.1 отличается от MS40 дополнительной активизацией VANOS(Система газораспределения с изменяемой фазой открытия впускных клапанов)

VANOS активизируется блоком управления MS. При этом блок управления подает сигнал массы на двухпозиционный четырехлинейный переключающий клапан и направляет давление масла двигателя на поршень гидравлического цилиндра попеременно с разных сторон. Поршень под действием давления масла удерживается в одном из двух возможных положений (черный/белый статус). В поршне закреплена шестерня, которая может вращаться. Эта шестерня преобразует ход поршня через косое зубчатое зацепление во вращение распределительного вала.

Заданные положения распредвала впускных клапанов (большой или малый угол опережения зажигания) переключаются блоком управления MS в зависимости от условий работы двигателя таких, как нагрузка, частота вращения и температура.

Двухпозиционный четырехлинейный переключающий клапан выполнен таким образом, чтобы при нагнетании давления в одной камере, в другой давление не увеличивалось (возврат масла). Как только электромагнит переключающего клапана получает питание, он через анкер нажимает на поршень, преодолевая усилие пружины узла "уменьшения угла опережения". Витая пружина обеспечивает возврат в положение "меньший угол". Благодаря этому при неисправном переключающем клапане или отказе управления распредвал впускных клапанов автоматически встает в положение "меньший угол". Эта функция аварийного режима позволяет запустить двигатель и при неисправной системе VANOS.

В отличие от DME 3.3.1, электронный блок MS 40.1 измеряет положение распредвала впускных клапанов при любой частоте вращения коленвала. Благодаря интеллектуальному принципу управления и с помощью обратной связи датчика распознавания цилиндров это значение сравнивается с заданным положением. С помощью обратного сообщения о положении распредвала наряду с электрической активизацией клапана также происходит диагностика механизма системы регулировки.
Для систем впрыска Siemens и Bosh не являются взаимозаменяемыми датчик положения коленвала(ДПКВ), датчик положения распредвала(ДПРВ) и лямбда-зонд.

Датчики в системе Siemens работают по фазосдвигающему принципу: рабочая частота 150 кГц для датчика коленвала и 120 кГц для распредвала.
Датчик коленвала состоит из двух обмоток-на первичную подается сигнал 150кГц с ЭБУ, а со второй сигнал снимается.Каждый металический зуб, проходя через поле датчика, меняет фазу сигнала вторичного сигнала. По этому сдвигу между сигналами ЭБУ делает нормальный сигнал.