ДВИГАТЕЛЬ 1UR-FE

Структура системы управления двигателем иллюстрируется приведенной ниже схемой.

Датчик положения коленчатого вала, датчик положения распредвала и датчик системы VVT.

1. Общие сведения

   
   

   • В системе управления двигателем используются датчики положения распредвалов и коленчатого вала типа MRE (с магнитным резистивным элементом).

   • На заднем конце коленчатого вала установлен задающий ротор датчика положения коленчатого вала. Он имеет 34 зубца, отстоящих друг от друга на 10°, при этом 2 зубца отсутствуют. Благодаря такой конструкции датчик положения коленчатого вала формирует сигналы положения коленчатого вала (сигналы NE), в которых 33 импульса высокого и низкого уровней выдаются через каждые 10° поворота коленчатого вала, а 1 импульс – через каждые 30°. ECM использует сигнал NE для определения положения и частоты вращения коленчатого вала. Часть сигнала, соответствующая отсутствующим зубцам, используется для определения верхней мертвой точки.

   • Спереди звездочки распредвала впускных клапанов левого ряда установлен задающий ротор датчика положения распредвала. Посредством этого задающего ротора датчик формирует сигналы положения распредвала (сигналы G2), в которых на каждые 2 оборота коленчатого вала приходится 3 импульса (3 высоких уровня и 3 низких уровня). Сравнивая сигналы G2 и NE, ECM определяет положение распредвала и идентифицирует цилиндр.

   • Датчики положения распредвалов впускных и выпускных клапанов (датчики VVT) используют задающие роторы, которые установлены на распредвалах впускных и выпускных клапанов каждого ряда. Посредством этих задающих роторов датчики формируют сигналы положений распредвалов (сигналы VVT), в которых на каждые 2 оборота коленчатого вала приходится 3 импульса (3 высоких уровня и 3 низких уровня). ECM сравнивает сигналы положений распредвалов с сигналом NE и определяет фактические фазы газораспределения.

     

     *1	Датчик положения распредвала	*2	Задающий ротор
     *3	Датчик положения распредвала (впускных клапанов)	*4	Датчик положения распредвала (выпускных клапанов)
     *5	Датчик положения коленчатого вала	-	-
     *a	Ряд 1	-	-

     Figure 1. Схема соединений (цепь датчика положения коленчатого вала)

     

     *1	Датчик положения коленчатого вала
     *2	Задающий ротор

     Figure 2. Формы выходных сигналов датчиков

     

2. Датчики типа MRE

   
   

   • Датчик типа MRE состоит из магнитного резистивного элемента, магнита и чувствительного элемента.

   • Из-за особенностей профиля (выступающих и невыступающих частей) задающего ротора, вращающегося рядом с чувствительным элементом, изменяется направление вектора напряженности магнитного поля. В результате изменяется сопротивление магнитного резистивного элемента, и происходит переключение уровня выходного напряжения, подаваемого на ECM. На основе этого напряжения ECM определяет положения коленчатого вала и распредвалов.

   • Датчики типа MRE имеют следующие отличия от индуктивных датчиков, применяемых в обычных моделях:

   
   

   • Высокий и низкий уровни импульсных сигналов датчиков типа MRE не зависят от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Таким образом, датчики типа MRE способны определять положения коленчатого вала и распредвалов уже на начальной стадии прокручивания коленчатого вала.

   • Индуктивные датчики выдают аналоговые сигналы, уровни которых изменяются в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

     Figure 3. Сравнение выходных сигналов датчика типа MRE и индуктивного датчика

     

Датчик положения педали акселератора в сборе

1. Бесконтактный датчик положения педали акселератора определяет положение, используя элемент Холла, смонтированный на рычаге педали акселератора.

2. В основании рычага педали акселератора установлено ярмо магнита. Это ярмо поворачивается вокруг датчика Холла в соответствии с усилием на педали акселератора. Датчик Холла преобразует возникающее при этом изменение магнитного потока в электрические сигналы, отражающие положение педали акселератора, и передает их в ECM.

3. В датчике Холла имеются две цепи: одна – для основного сигнала, другая – для вспомогательного сигнала. Датчик преобразует положение (угол поворота) педали акселератора в различающиеся по характеристикам электрические сигналы и передает их в ECM.

   

   *1	Датчик Холла	*2	Ярмо магнита
   *3	Рычаг педали акселератора	-	-

   

Датчик положения дроссельной заслонки

1. Бесконтактный датчик положения дроссельной заслонки определяет положение, используя датчик Холла, смонтированный на корпусе дроссельной заслонки.

2. Датчик Холла располагается внутри ярма магнита. Он преобразует изменения магнитного потока в электрические сигналы, отражающие положение дроссельной заслонки, и передает их в ECM.

3. У датчика Холла имеются цепи основного и вспомогательного сигналов. Датчик Холла преобразует угол поворота дроссельной заслонки в 2 различающихся по характеристикам электрических сигнала и передает их в ECM.

   

   *1	Магнит	*2	Датчик Холла
   *a	Поперечное сечение	-	-

   

Датчик детонации (плоский)

1. Общие сведения

   
   

   • В обычных датчиках детонации (резонансного типа) имеется вибропластина, резонансная частота колебаний которой совпадает с частотой детонации двигателя. Эта пластина позволяет регистрировать вибрации вблизи частоты резонанса.

   • По сравнению с обычными датчиками плоский датчик детонации (нерезонансного типа) способен регистрировать вибрации в более широкой полосе частот, приблизительно от 6 до 15 кГц, и обладает следующими особенностями.

   
   

   • Частота детонации двигателя слегка меняется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Плоский датчик детонации способен регистрировать вибрацию даже при изменении частоты детонации. Таким образом, он является более чувствительным к вибрациям по сравнению с датчиками детонации обычной конструкции, что позволяет точнее регулировать угол опережения зажигания.

     Figure 4. Характеристика датчика детонации

     

2. Конструкция

   
   

   • Плоский датчик детонации крепится к двигателю с помощью шпильки, вворачиваемой в блок цилиндров. По этой причине в центре датчика располагается отверстие под шпильку.

   • Внутри датчика, в верхней его части, размещается стальной груз, ниже которого под изолятором находится пьезоэлемент.

   • Кроме того, в датчике имеется резистор регистрации обрыва/короткого замыкания.

     

     *A	Плоский датчик детонации (нерезонансного типа)	*B	Обычный датчик детонации (резонансного типа)
     *1	Стальной груз	*2	Изолятор
     *3	Пьезоэлемент	*4	Резистор регистрации обрыва/короткого замыкания
     *5	Вибропластина	-	-

3. Принцип работы

   
   

   • Вибрация от детонации передается на стальной груз, который посредством силы инерции надавливает на пьезоэлемент. В результате создается электродвижущая сила (ЭДС).

     

     *1	Стальной груз	*2	Пьезоэлемент
     *a	Сила инерции	-	-

4. Резистор регистрации обрыва/короткого замыкания

   
   

   • Когда зажигание включено (IG), резистор регистрации обрыва/короткого замыкания в датчике детонации и резистор в ECM поддерживают постоянное напряжение на контакте KNK1 двигателя.

   • Интегральная микросхема (ИС) в ECM непрерывно контролирует напряжение на контакте KNK1. Если между датчиком детонации и ECM возникает обрыв или короткое замыкание, напряжение на контакте KNK1 изменяется, и ECM регистрирует данное событие и сохраняет в памяти DTC (диагностический код неисправности).

     

     *1	Пьезоэлемент
     *2	Датчик детонации (ряд 1, датчик 1)
     *3	Резистор регистрации обрыва/короткого замыкания

     Tech Tips

     При монтаже рассматриваемых датчиков детонации необходимо соблюдать заданные углы установки и ориентацию. Обязательно проверяйте ориентацию каждого из датчиков, чтобы не перепутать разъемы электропроводки для правого и левого рядов цилиндров. Более подробную информацию см. в Руководстве по ремонту.

Датчик состава топливовоздушной смеси и кислородный датчик

1. Общие сведения

   
   

   • Кислородный датчик и датчик состава топливовоздушной смеси различаются своими выходными характеристиками.

   • Выходное напряжение кислородного датчика изменяется в зависимости от концентрации кислорода в отработавших газах. ECM использует это напряжение, чтобы установить, обогащена или обеднена фактическая топливовоздушная смесь по сравнению со стехиометрическим соотношением воздух-топливо.

   • На датчик состава топливовоздушной смеси непрерывно подается напряжение, равное приблизительно 0,4 В. Датчик выдает ток, величина которого определяется концентрацией кислорода в отработавших газах. ECM использует это напряжение, чтобы установить, обогащена или обеднена фактическая топливовоздушная смесь по сравнению со стехиометрическим соотношением воздух-топливо. Показания датчика состава топливовоздушной смеси можно считать с помощью Techstream.

     

2. Конструкция

   
   

   • В целом, конструкции кислородного датчика и датчика состава топливовоздушной смеси аналогичны. Тем не менее, эти датчики имеют разные типы: чашечный и планарный. Это обусловлено различием конструкций используемых в них подогревателей.

   • В датчиках чашечного типа чувствительный элемент охватывает весь подогреватель.

   • В датчиках планарного типа чувствительный элемент соединяется с подогревателем через окись алюминия – материал, характеризующийся превосходной теплопроводностью и электрическими изоляционными свойствами. В результате улучшается характеристика нагрева датчика.

     

     *A	Датчик состава топливовоздушной смеси (планарного типа)	*B	Кислородный датчик (чашечного типа)
     *1	Расширяющийся слой	*2	Окись алюминия
     *3	Платиновый электрод	*4	Чувствительный элемент (диоксид циркония)
     *5	Подогреватель	*6	Атмосфера

     представленные выше рисунки призваны показать основные конструктивные отличия датчиков планарного и чашечного типа, поэтому формы датчиков на рисунках могут не совпадать с реальными.

     Характеристики нагрева

     Тип датчика	Планарный	Чашечный
     Время нагрева	Приблизительно 10 с	Приблизительно 30 с

Управление

1. Общие сведения

   
   

   • Система ETCS-i выполняет следующие функции:

   
   

   • Управление дроссельной заслонкой (нелинейное управление)

   • Регулировка частоты вращения холостого хода (ISC)

   • Активная антипробуксовочная система (A-TRC)*1

   • Координированное управление с использованием системы курсовой устойчивости (VSC)*2

   • Координированное управление с использованием системы CRAWL (система контроля движения на малой скорости)*3

   • Круиз-контроль*4

   • Динамическая радарная система круиз-контроля*5

   
   

   • *1: для моделей с A-TRC

   • *2: для моделей с VSC

   • *3: для моделей с системой CRAWL

   • *4: для моделей с системой круиз-контроля

   • *5: для моделей с динамической радарной системой круиз-контроля

2. Управление дроссельной заслонкой (нелинейное управление)

   
   

   1. Общие сведения

   
   

   • Система устанавливает оптимальный угол поворота дроссельной заслонки в соответствии с режимом движения, т. е. в зависимости от усилия на педали акселератора и частоты вращения коленчатого вала двигателя, обеспечивая высококачественное управление дроссельной заслонкой и комфортабельность во всех режимах работы двигателя.

     Figure 6. Концептуальные схемы управления двигателем во время разгона и замедления

     

   2. Управление в режиме запуска № 2

   
   

   • В тех случаях, когда не исключается попадание на дорогу с низким коэффициентом трения (μ), (например, возможна езда по снегу), угол поворота дроссельной заслонки может регулироваться таким образом, чтобы обеспечить сохранение устойчивость автомобиля при движении по скользкой поверхности. Это достигается путем включения режима запуска № 2. Включение режима производится нажатием на 2-ю половину переключателя выбора режима. При этом изменяется характер связи дроссельной заслонки с педалью акселератора, и за счет снижения полезной мощности двигателя по сравнению с нормальным режимом облегчается управление автомобилем.

3. Регулировка частоты вращения холостого хода

   
   

   • ECM управляет дроссельной заслонкой с тем, чтобы постоянно поддерживалась оптимальная частота вращения холостого хода.

4. A-TRC*

   
   

   • Угол поворота дроссельной заслонки, которая является частью активной антипробуксовочной системы (A-TRC), уменьшается по команде, переданной из ЭБУ системы противоскольжения в ECM. Эта команда передается при значительной пробуксовке ведущего колеса, что позволяет сохранить курсовую устойчивость автомобиля и надлежащее тяговое усилие на дороге.

   
   

   • *: для моделей с A-TRC

5. Координированное управление с использованием системы VSC*

   
   

   • Для максимально эффективной работы системы VSC угол поворота дроссельной заслонки регулируется совместно с ЭБУ системы противоскольжения.

   
   

   • *: Для моделей с VSC

6. Координированное управление с использованием системы CRAWL*

   
   

   • Во время действия системы CRAWL управление дроссельной заслонкой осуществляется совместно с ЭБУ системы противоскольжения.

   
   

   • *: для моделей с системой CRAWL

7. Круиз-контроль*

   
   

   • ECM непосредственно управляет дроссельной заслонкой, поддерживая заданную скорость движения.

   
   

   • *: для моделей с системой круиз-контроля

8. Динамический радарный круиз-контроль*

   
   

   • Динамическая радарная система круиз-контроля посредством датчика радара миллиметрового диапазона и ЭБУ контроля дистанции определяет расстояние до находящегося впереди автомобиля, направление его движения и относительную скорость. Это дает системе возможность управлять замедлением и разгоном, поддерживать скорость едущего впереди автомобиля, а также поддерживать постоянную скорость движения. Чтобы обеспечить выполнение этих функций, ECM управляет дроссельной заслонкой.

   
   

   • *: для моделей с динамической радарной системой круиз-контроля

Принцип работы

1. Опережение

   
   

   • Когда гидравлический клапан изменения фаз посредством сигналов опережения, поступающих из ECM, устанавливается, как показано на рисунке ниже, результирующее давление масла подается в полость направляющего элемента со стороны опережения, вызывая вращение распредвала в направлении опережения.

     Figure 9. Со стороны впуска

     

     *1	Направляющий элемент в сборе	*2	ECM
     *3	Гидравлический клапан изменения фаз на впуске	-	-
     *a	Направление вращения	*b	Давление масла
     *c	Впуск	*d	Слив

     Figure 10. Со стороны выпуска

     

     *1	Направляющий элемент в сборе	*2	ECM
     *3	Гидравлический клапан изменения фаз на выпуске	-	-
     *a	Направление вращения	*b	Слив
     *c	Впуск	*d	Давление масла

2. Запаздывание

   
   

   • Когда гидравлический клапан изменения фаз посредством сигналов запаздывания, поступающих из ECM, устанавливается, как показано на рисунке ниже, результирующее давление масла подается в полость направляющего элемента со стороны запаздывания, вызывая вращение распредвала в направлении запаздывания.

     Figure 11. Со стороны впуска

     

     *1	Направляющий элемент в сборе	*2	ECM
     *3	Гидравлический клапан изменения фаз на впуске	-	-
     *a	Направление вращения	*b	Слив
     *c	Впуск	*d	Давление масла

     Figure 12. Со стороны выпуска

     

     *1	Направляющий элемент в сборе	*2	ECM
     *3	Гидравлический клапан изменения фаз на выпуске	-	-
     *a	Направление вращения	*b	Давление масла
     *c	Впуск	*d	Слив

3. Удерживайте

   
   

   • После достижения требуемого состояния фазы газораспределения двигателя сохраняются за счет удержания гидравлического клапана изменения фаз в нейтральном положении до изменения режима работы двигателя.

     Это позволяет поддерживать требуемые фазы газораспределения двигателя, предотвращая вытекание моторного масла из гидравлического клапана.

Клапан управления забором воздуха и привод ACIS

1. Клапан управления забором воздуха и привод ACIS объединены с впускным коллектором. Открываясь и закрываясь, этот клапан устанавливает одну из 2 рабочих длин впускного коллектора.

   

   *1	Клапан управления забором воздуха	*2	Привод ACIS
   *a	Передняя сторона	-	-

Принцип работы

1. Клапан управления забором воздуха закрыт (VSV приведен в действие)

   
   

   • ECM приводит в действие VSV с тем, чтобы в мембранной камере привода действовало отрицательное давление. Благодаря этому при увеличении длительности цикла пульсаций происходит закрывание клапана управления. В результате рабочая длина впускного коллектора увеличивается, и за счет динамического действия воздуха на впуске возрастает КПД воздухозабора на низких и средних частотах вращения коленчатого вала двигателя при высокой нагрузке, а также во всех диапазонах частоты вращения при низкой нагрузке, благодаря чему увеличивается выходная мощность.

     

2. Клапан управления забором воздуха открыт (VSV отключен)

   
   

   • ECM отключает VSV с тем, чтобы в мембранную камеру привода поступил атмосферный воздух. Благодаря этому при уменьшении длительности цикла пульсаций происходит открывание клапана управления. Когда клапан управления открывается, рабочая длина впускного коллектора сокращается, и максимум КПД воздухозабора смещается. Это способствует улучшению работы двигателя на высоких частотах вращения коленчатого вала при большой нагрузке, обеспечивая повышение мощности в диапазоне высоких частот.

     

ЭБУ топливного насоса

1. ЭБУ топливного насоса регулирует скорость работы топливного насоса в соответствии с импульсными сигналами (которые поступают на вход FPC) из ECM, причем регулирование является плавным.

   

   *1	Команда на включение топливного насоса
   *2	Топливный насос
   *3	ЭБУ топливного насоса
   *4	Сигнал режима работы

Конструкция и принцип работы

1. Воздушный нагнетатель

   
   

   • Каждый воздушный нагнетатель состоит из электродвигателя постоянного тока, рабочего колеса и воздушного фильтра.

   • Нагнетатель посредством рабочего колеса подает воздух в клапан управления подачей воздуха в нейтрализатор.

   • Воздушный фильтр не требует технического обслуживания.

   • Предусмотрен подогреватель, который предотвращает отказы в работе в условиях пониженной температуры.*

   
   

   • *: для моделей с нагревателем воздуха, подаваемого в нейтрализатор

     

     *1	Воздушный нагнетатель	*2	Нагреватель
     *3	Рабочее колесо	*4	Электродвигатель постоянного тока
     *5	Воздушный фильтр	-	-
     *a	Впуск воздуха	*b	Выпуск воздуха
     *c	Поперечное сечение	*d	Модели с нагревателем воздуха, подаваемого в нейтрализатор

2. Клапан переключения подачи воздуха

   
   

   • Клапан переключения подачи воздуха, приводимый в действие с помощью соленоида, управляет подачей воздуха и предотвращает возврат отработавших газов. Моменты открывания клапана синхронизированы с моментами включения воздушного нагнетателя.

   • В клапан переключения подачи воздуха в сборе встроен датчик давления воздуха в сборе.

   • Конструкция и принцип действия клапанов переключения подачи воздуха для ряда 1 и ряда 2 в целом аналогичны.

     

     *1	Клапан переключения подачи воздуха	*2	Датчик давления воздуха
     *3	Клапан	*4	Обмотка электромагнитного клапана
     *a	Впуск воздуха	*b	Выпуск воздуха
     *c	Поперечное сечение	-	-

3. Датчик давления воздуха

   
   

   • Датчик давления воздуха содержит полупроводник – кремниевый кристалл, электрическое сопротивление которого изменяется под действием приложенного к нему давления. Датчик преобразует давление в электрический сигнал, усиливает этот сигнал и передает в ECM.

   • Конструкция и принцип действия датчиков давления воздуха для ряда 1 и ряда 2 в целом аналогичны.

     

   • ECM определяет режим работы системы управления подачей воздуха в нейтрализатор, исходя из сигналов датчика давления воздуха, как описано ниже:

   
   

   1. Когда воздушный нагнетатель включен, и клапан переключения подачи воздуха закрыт, давление стабильно.

   2. Когда воздушный нагнетатель включен, и клапан переключения подачи воздуха открыт, давление незначительно падает и вследствие пульсаций на выпуске оказывается нестабильным.

   3. Когда воздушный нагнетатель выключен, и клапан переключения подачи воздуха закрыт, давление поддерживается равным атмосферному давлению.

   4. Когда воздушный нагнетатель выключен, и клапан переключения подачи воздуха открыт, давление падает ниже атмосферного и вследствие пульсаций на выпуске оказывается нестабильным.

      

4. Система управления подачей воздуха

   
   

   • В рассматриваемой системе используется полупроводниковое устройство управления подачей воздуха в нейтрализатор. Это устройство приводится в действие ECM и управляет воздушным нагнетателем и клапаном переключения подачи воздуха.

   • Кроме того, устройство управления подачей воздуха в нейтрализатор выявляет неисправности в своих входной и выходной цепях, и передает соответствующие данные в ECM в виде импульсных сигналов.

     

     Сигнал на выходе DI

     Режим	AIRP	AIRV	Выходной сигнал (сигнал режима работы)
     Обрыв в цепи между контактами AIDI и DI.	-	-
     Неисправность в цепи между контактами ECM и устройством управления подачей воздуха в нейтрализатор.	-	-
     Неисправность на выходе устройства управления подачей воздуха в нейтрализатор (неисправность в цепи включения воздушного нагнетателя).	-	-	*1 200 мс *2 Скважность 20%
     Неисправность на выходе устройства управления подачей воздуха в нейтрализатор (неисправность в цепи включения клапана переключения подачи воздуха).	-	-	*1 Скважность 40%
     Перегрев устройства управления подачей воздуха в нейтрализатор.	-	-	*1 Скважность 60%
     Нормальное состояние	Вкл	Вкл	*1 Скважность 80%
     	Выкл	Выкл
     	Вкл	Выкл
     	Выкл	Вкл

Принцип работы

1. Как показано на временной диаграмме ниже, когда ECM регистрирует сигнал STSW (сигнал пуска) от главного ЭБУ кузова, он посредством размыкающего реле стартера подает на реле стартера сигнал STAR (сигнал управления реле стартера) и приводит в действие стартер. Кроме того, ECM передает сигнал ACCR (сигнал запроса размыкания ACC) в главный ЭБУ кузова. В результате главный ЭБУ кузова не включает реле ACC.

2. После начала работы стартера, когда частота коленчатого вала двигателя становится выше примерно 500 об/мин, ECM определяет, что двигатель запущен, и прекращает подавать сигнал STAR на реле стартера и передавать сигнал ACCR в главный ЭБУ кузова. В результате стартер прекращает работу, и главный ЭБУ кузова включает реле ACC.

3. Если двигатель неисправен и не может быть запущен, стартер будет продолжать работу в течение заданного максимального времени непрерывной работы, а затем автоматически остановится. Максимальное время непрерывной работы варьируется примерно от 2 до 25 с в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Если температура охлаждающей жидкости двигателя чрезмерно низка, время непрерывной работы составит примерно 25 с, а если двигатель прогрет достаточно, время непрерывной работы составит примерно 2 с.

4. Пока коленчатый вал двигателя прокручивается стартером, данная система отключает ток, питающий вспомогательное оборудование, чтобы предотвратить прерывание его работы из-за нестабильности напряжения, обусловленной прокручиванием коленчатого вала.

5. В данной системе используются следующие способы защиты:

   
   

   • Пока двигатель работает нормально, стартер не запускается.

   • Даже если водитель удерживает нажатым выключатель зажигания, ECM прекращает выдачу сигналов STAR и ACCR, когда частота коленчатого вала двигателя становится выше 1200 об/мин. В результате стартер прекращает работу, и главный ЭБУ кузова включает реле ACC.

   • Если водитель удерживает нажатым выключатель зажигания, и двигатель не запускается, ECM прекращает выдачу сигналов STAR и ACCR по истечении 30 с. В результате стартер прекращает работу, и главный ЭБУ кузова включает реле ACC.

   • В том случае, если ECM не может обнаружить сигнал частоты вращения коленчатого вала двигателя во время работы стартера, он незамедлительно прекращает выдачу сигналов STAR и ACCR. В результате стартер прекращает работу, и главный ЭБУ кузова включает реле ACC.

     Figure 17. Временная диаграмма