Исполнительные механизмы

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

На ТНВд расположен электромагнитный регулятор давления топлива. Он поддерживает рабочее давление топлива в аккумуляторе в зависимости от нагрузки на двигатель. При необходимости увеличения давления топлива в аккумуляторе клапан электромагнитного регулятора закрывается по сигналу от электронного блока управления двигателем, перекрывая ступень высокого давления от линии низкого давления (возврата топлива). При необходимости снижения давления топлива в аккумуляторе клапан электромагнитного регулятора, наоборот, открывается по сигналу от электронного блока управления двигателем, перепуская часть топлива в линию возврата и снижая тем самым давление топлива в аккумуляторе.

Форсунки

Форсунки осуществляют впрыск топлива в цилиндры двигателя по сигналу, поступающему от электронного блока управления двигателем. В аккумуляторной топливной системе Common Rail, устанавливаются форсунки с электромагнитным приводом.

Привод системы изменения геометрии турбокомпрессора

На некоторых модификациях двигателя установлен турбокомпрессор с изменяемой геометрией. Привод системы изменения геометрии установлен на турбокомпрессоре и управляет системой изменения геометрии (положения лопаток) турбокомпрессора.

Электронный блок управления двигателем, получая данные от датчика положения коленчатого вала, датчика температуры охлаждающей жидкости, датчика температуры надувочного воздуха, датчика давления наддува и датчика атмосферного давления, определяющие нагрузку на двигатель и условия его работы, производит вычисления оптимального положения лопаток и подает сигнал на электродвигатель привода. Таким образом, регулируется производительность компрессорного аппарата турбокомпрессора.

Шина данных CAN

Шина данных CAN (Controller Area Network) - это последовательная высокоскоростная линия передачи данных, разработанная компанией Bosch. Обладает высокой помехоустойчивостью и защитой от ошибок. Используется для уменьшения количества проводов при обмене данными в автомобиле. Каждый из блоков управления, работающих на этой шине, передает и принимает данные выборочно. Шина выполнена по двухпроводной схеме: канал Can-High (H) и CAN-Low (L). Провода скручены в витую пару для улучшения помехоустойчивости шины. Максимальная длина нескрученных проводов не должна превышать 40 мм, для обеспечения необходимой разности потенциалов между H и L. каналами, а также для предотвращения появления ошибок в сообщениях, возможных при отражении сигналов, внутри блоков, на концах шины, параллельно выводам CAN-шины встроены резисторы, обычно номиналом 120 Ом. Эти резисторы также помогают определить исправность проводки шины на разных ее ветвях: измеряя сопротивление на соответствующих контактах снятых разъемов блоков управления, работающих на шине CAN, должно получаться обычно примерно 120 или 60 Ом (один резистор 120 Ом или их параллельное включение). В зависимости от того, разъем какого блока снят (возможны варианты). В зависимости от реализации системы, эти резисторы могут быть установлены внутри блоков управления, внутри промежуточных разъемов CAN-шины или внутри специальных терминаторов шины CAN.

Основные элементы СУД двигателя Cummins ISF3.8рис. 5

Пример построения шины данных CAN на автомобиле (возможны различные варианты)

Основные элементы СУД двигателя Cummins ISF3.8рис. 6

Пример осциллографирования сигналов CAN-шины. Загруженность информационной шины зависит от количества блоков на ней и от количества передаваемой информации.

Сигналы на обоих каналах всегда симметричны друг другу и находятся в противофазе. В состоянии покоя на обоих каналах шины (High и Low) должно наблюдаться порядка 2,5 В (соответствует логической “1”). Сигнал канала CAN-Low (1) переключается между своим высоким уровнем 2,5 В (логическая ‘1’) и низким уровнем 1,5 В (логический «0»). Сигнал канала CAN-High (H) переключается между своим низким уровнем 2,5 В (логическая “1”) и высоким уровнем 3,5 В (логический “0”). Таким образом, при переключении шины на логический “0” разница потенциалов между каналами составляет 2 В.

Возможные неисправности CAN-шины лежат в трех областях:

1) Неисправность проводки/разъемов (обрыв, короткое замыкание, замыкание на массу или источник питания).

2) Неисправности блоков управления, работающих на шине.

3) Наложение наводок на проводку CAN –шины (неправильная трассировка проводки, проводка не скручена в витую пару).

Система снижения токсичности выхлопных газов

Современные двигатели должны соответствовать всё более ужесточающимся требованиям к токсичности их выхлопных газов. Для того чтобы двигатель соответствовал более жестким требованиям экологии, оптимизируют его конструкцию, совершенствуют систему управления, топливную аппаратуру и устанавливают дополнительные подсистемы снижения токсичности выхлопных газов. Ко всему прочему должно использоваться соответствующее топливо. На следующем рисунке приведен примерный график эффекта от внедрения подсистем снижения токсичности на соответствующие параметры выхлопа NOx оксиды азота. ТЧ - твердые частицы в т.ч. сажа.

Основные элементы СУД двигателя Cummins ISF3.8рис. 7

Подсистема рециркуляции отработавших газов (EGR)

Подсистема рециркуляции отработавших газов (EGR) устанавливается на некоторые модели двигателей для достижения норм токсичности Евро-3, а вместе с коррекцией топливоподачи и норм Евро-4. На моделях двигателей, соответствующих нормам Евро-3, она может отсутствовать. Подсистема EGR снижает выбросы оксидов азота (NOx) в атмосферу. В воздухе присутствует молекулярный азот и в нормальных условиях он инертен и не вступает в реакцию с кислородом, также присутствующем в воздухе. Но, попадая в камеру сгорания двигателя, под воздействием высоких температур, азот окисляется, вследствие чего образуются токсичные оксиды азота. И чем выше температура, тем больше возникает оксидов азота. Система рециркуляции ОГ направляет часть отработавших газов из выпускного коллектора двигателя через впускной коллектор обратно в камеры сгорания, снижая тем самым температуру сгорания топливовоздушной смеси, вследствие чего снижается образование оксидов азота.

Состав подсистемы EGR

Существует несколько вариантов исполнения подсистемы EGR. на двигателях Cummins ISF, в зависимости от которого различается её состав. На двигателях ISF3.8 подсистема EGR включает в себя: клапан системы EGR в сборе, охладитель EGR и элементы электронной системы управления.

Клапан EGR имеет электропривод, который по команде блока управления открывает и закрывает канал рециркуляции на необходимую величину. Количество рециркулируемых газов определяется по датчику массового расхода воздуха: снижение расхода воздуха дает понять блоку управления, что в двигатель поступают отработавшие газы. Сервопривод дроссельной заслонки установлен на впускном коллекторе и необходим для регулирования положением дроссельной заслонки. Сервопривод состоит из электродвигателя постоянного тока и датчика положения дроссельной заслонки. Сервопривод дроссельной заслонки в системе впуска дизельного двигателя служит для увеличения степени рециркуляции ОГ путем снижения повышенного давления во впускном коллекторе (это достигается прикрытием дроссельной заслонки), вследствие чего происходит засасывание выхлопных газов во впуск. Регулирование дроссельной заслонкой осуществляется только на малых скоростных режимах.

Недостатки EGR

В процессе эксплуатации, сажа, содержащаяся в выхлопных газах, забивает каналы рециркуляции и клапан EGR.

Таким образом, рано или поздно перемещение клапана блокируется, и он перестает выполнять свои функции. Обычно блокировка клапана происходит при его частич­ном открытии, так, что рециркулируемые газы всегда по­даются во впускной тракт, даже когда этого происходить не должно. Это ведет к нарушению состава топливо­воздушной смеси, и как следствие, потере доступной мощности, повышению дымности выхлопа. Эта проблема не всегда решается промывкой клапана: он может выйти из строя и потребуется его замена.

Твердые частицы выхлопных газов также засоряют впуск­ной коллектор, впускные клапаны. Засорение бывает настолько сильным, что автомобиль может просто встать - воздух в двигатель перестает поступать. Промывка впуск­ного коллектора решает эту проблему. Ко всему прочему из-за EGR моторное масло быстрее теряет свои свойства. Кроме того, EGR ухудшает топливную экономичность ди­зеля, ведет к снижению его тепловой эффективности.

Как видим, данная подсистема несет определенный вред двигателю, поэтому многие автовладельцы удаляют её элементы: удаляются все патрубки рециркуляции газов, клапан рециркуляции, охладитель газов (теплообменник, в котором тепло рециркулируемых выхлопных газов отдает­ся в систему охлаждения двигателя), устанавливаются за­глушки взамен всех патрубков. Но этого мало: если только ограничиться физическим удалением подсистемы EGR, то блок управления, который контролирует её работу, опре­делит неисправность и сообщит об этом водителю, вклю­чив индикатор на панели приборов. Поэтому дополни­тельно требуется перепрошивка блока управления двига­телем (замена программы управления - чип-тюнинг), в ре­зультате которой блок перестанет контролировать эле­менты EGR, а также рабочие карты управления будут за­менены на карты, соответствующие нормам Евро-3.

Сажевый фильтр (DPF)

Сажа выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, действуя как активированный уголь, собирает в себя вред­ные вещества и является канцерогеном, поэтому вдыхание ее крайне нежелательно. Снизить количество сажи и других твердых частиц в выхлопных газах автомобиля, призван са­жевый фильтр (Diesel Particulare Filter, DPF). Его функция состоит в улавливании твердых части из выхлопных газов и периодическом их сжигании (регенерация сажевого фильтра). Суммарная площадь поверхности фильтрующего элемента близка к площади двух футбольных полей. Как видно из приведенного выше графика, DPF работает со­вместно с EGR: EGR снижает оксиды азота, но повышает количество твердых частиц в отработавших газах, что в свою очередь решается с помощью DPF.

Состав подсистемы DPF

Подсистема DPF состоит из сажевого фильтра и датчика перепада давления в сажевом фильтре. В таком составе эта система устанавливается, например, на автобусы Next Bus. Датчик перепада давления в сажевом фильтре необ­ходим для контроля заполненности фильтра. Его показа­ния позволяют блоку управления определить момент, ко­гда требуется провести регенерацию. Регенерация саже­вого фильтра осуществляется его разогревом до темпера­туры примерно 700 градусов, вследствие чего твердые частицы, осевшие в его каналах, полностью выгорают, об­разуя газообразные оксиды углерода.

Недостатки DPF

Ошибки в эксплуатации автомобиля, низкое качество топ­лива, неподходящие смазочные материалы, использова­ние неподходящих присадок к топливу и маслу, частые поездки на короткие расстояния и городской режим поез­док часто ведут к неустранимым неисправностям сажевого фильтра. Его регенерация становится невозможной. Столкнувшись с этой проблемой, автовладелец, как и в случае с катализатором, имеет два пути ее решения: за­мена на новый или удаление сажевика. Стоимость нового сажевого фильтра велика и зачастую его удаление - един­ственный способ вернуть автомобиль в рабочее состоя­ние. И в этом случае также потребуется перепрошивка блока управления двигателем программно отключающая сажевый фильтр.