Система управления EEC IV установлена на всех автомобилях Ford, оснащенных системой впрыска топлива (кроме моделей Sierra и Escort Cosworth), с 1985 по 1995 год выпуска. Она представляет собой интегрированную систему, которая управляет зажиганием, впрыском топлива и холостым ходом из единого КСУД. Хотя внешне КСУД на всех автомобилях одинаковы, внутри они имеют множество отличий. Отличаются также типы датчиков, снабжающих КСУД информацией. По мере совершенствования системы, она берет на себя все больше функций управления. Так версия Zetec уже управляет некоторыми устройствами зашиты атмосферы от вредных выбросов, кондиционированием воздуха и вентиляторами системы охлаждения. В этой главе сделана попытка дать обзор большинства модификаций системы EEC IV, применяющихся на автомобилях разных моделей и годов выпуска.
Обработка сигналов
Система EEC IV вычисляет одновременно и момент зажигания и длительность впрыска оптимальным образом для любых условий работы двигателя. Опорные импульсы для системы зажигания генерируются либо датчиком Холла, расположенным в распределителе, либо индукционным датчиком положения коленчатого вала, совмещенным с маховиком. Определение длительности впрыска первоначально было основано на показаниях хорошо отработанного датчика расхода воздуха с поворотной заслонкой типа Bosch "L" Jetronic. Однако в дальнейшем для этой цели на двигателях с распределенным впрыском Zetec был установлен датчик расхода воздуха с нагретым проводом, на двигателях V6 с каталитическим преобразователем установлен датчик давления в коллекторе, который также используется и на двигателях с центральным впрыском. КСУД соединен с аккумулятором, датчиками и исполнительными устройствами через 60-штырьковый разъем.
Базовая таблица опережений зажигания хранится в памяти КСУД в виде трехмерной карты, представляющей зависимость опережения от загрузки и скорости двигателя. Датчиком загрузки двигателя может быть либо датчик давления в коллекторе, либо датчик расхода воздуха. Частота работы двигателя определяется либо индукционным датчиком угла поворота коленчатого вала, либо датчиком Холла. Для особых режимов — пуска, холостого хода. замедления, частичной и полной нагрузки — КСУД вводит коррективы. Основной фактор корректировки -температура двигателя. Небольшие корректировки опережения и состава смеси вносятся по сигналам датчиков температуры входного воздуха и датчика положения дроссельной заслонки. Состав рабочей смеси в зависимости от скорости и загрузки двигателя также хранится в виде трехмерной карты в памяти процессора. По этой информации КСУД определяет требуемую в данный момент длительность впрыска. Этот параметр также корректируется в зависимости от температуры воздуха, температуры двигателя, напряжения аккумулятора и положения дроссельной заслонки. Остальные корректирующие факторы определяются режимом работы двигателя — пуск, прогрев, холостой ход, замедление.
При работе двигателя на холостом ходу EEC IV пользуется специальными картами опережения и длительности впрыска. Холостые обороты при прогреве и рабочей температуре двигателя управляется клапаном регулирования холостого хода. Вместе с тем, Nissan ECCS осуществляет тонкую подстройку оборотов холостого хода за счет небольшого изменения в ту или иную сторону опережения зажигания.
Основные функции КСУД
Питание КСУД постоянно подается с аккумулятора через контакт 1 разъема через 3-амперный предохранитель. Это позволяет КСУД хранить в памяти установки холостого хода и коды неисправностей, генерированные системой самодиагностики.
При включении зажигания напряжение питания подается на первичную обмотку катушки зажигания и усилитель (электронный ключ), и на вывод 86 главного реле системы. Вывод 85 реле постоянно соединен с массой, поэтому реле сразу включается и замыкает контакты, связанные с выводами 30 и 87. Напряжение питания подается с вывода 87 на контакты 37 и 57 разъема КСУД, на форсунки, большинство исполнительных устройств и на вывод 86 реле топливного насоса.
Большинство датчиков параметрического типа, т.е. не генерирующих ток, получают эталонное напряжение питания 5 В через соответствующий контакт разъема КСУД. При пуске и работе двигателя КСУД получает сигналы от системы зажигания и по этим сигналам заземляет через контакт 22 реле топливного насоса, в результате чего насос начинает работать. В процессе пуска и работы двигателя активизируются системы зажигания и впрыска топлива. Исполнительные устройства системы получают питание через главное реле. КСУД управляет исполнительными устройствами, замыкая соответствующую цепь на массу.
Функция самодиагностики
Система EEC IV имеет функцию встроенной самодиагностики, которая периодически контролирует исправность входящих в систему датчиков и исполнительных устройств и в случае обнаружения неисправности формирует и помещает в память соответствующий двузначный код. Этот код можно извлечь из памяти микропроцессора с помощью специального считывателя через диагностический разъем.
EEC IV" модифицированный " (модели двигателей 8.4 и 2.9 V6 с катализатором)
Эта версия системы имеет большее число кодов, а также может сохранять коды случайных неисправностей в энергонезависимой памяти. При исчезновении неисправности ее код все равно остаётся в памяти. Код останется в памяти КСУД, пока не будет оттуда удален принудительно или пока двигатель не выдержит 20 (В некоторых источниках – 50) пусков без появления неисправности. Однако она имеет только два диагностических режима:
1. Неработающий двигатель при включенном зажигании — статическая проверка датчиков.
2. Работающий двигатель — динамическая проверка датчиков и режим обслуживания. Режим обслуживания позволяет регулировать опережение зажигания. Эту регулировку невозможно выполнить иначе, как в режиме обслуживания.
Сохранение информации
Постоянно подключенное к КСУД питание позволяет сохранять коды неисправностей, в том числе и непостоянные, а также оптимальные для данного двигателя установки холостого хода, которые КСУД определяет самостоятельно в процессе работы (адаптивная функция). Питание памяти не зависит от положения ключа зажигания, поскольку это питание подведено от аккумулятора постоянно через контакт 1 разъема КСУД.
На моделях автомобилей, выпущенных до 1987 года, такая память отсутствовала, а вместе с ней отсутствовала и адаптивная функция.
Удаление кодов в этой системе возможно двумя способами. Первый — использование считывателя. Второй — отключение аккумулятора от массы на несколько минут (правда, при этом есть опасность потерять защитный код аудиосистемы)
Определение цикла работы двигателя.
Двигатель запущен при температуре не выше 49'С и прогрет в процессе работы до температуры не ниже 65'С.
Адаптивный холостой ход
КСУД управляет клапаном холостого хода так, что при любой температуре и нагрузке обороты холостого хода сохраняются постоянными. Через некоторое время КСУД "заучивает" наилучшие установки для холостого хода, т.е. адаптируется к конкретному двигателю независимо от его возраста и состояния.
Результаты адаптации запоминаются в памяти компьютера, которая получает постоянное питание от аккумулятора. При отключении аккумулятора эти адаптивные установки теряются. После повторного подключения питания холостой ход некоторое время будет неустойчивым и не будет соответствовать техническим данным, пока КСУД снова не подстроится к двигателю и не запомнит установки.
Усеченный режим роботы КСУД
В случае серьезной неисправности система EEC IV реализует одну из двух стратегий усеченного режима работы.
Стратегия 1: неисправность системы
В случае неисправности системы EEC IV поступает следующим образом:
1. Сигналы всех датчиков игнорируются и их показания заменяются постоянными значениями. Двигатель будет продолжать работать, хотя и не очень хорошо.
2. Опережение устанавливается на начальном уровне и не меняется.
3. Впрыск топлива осуществляется в соответствии с базовой таблицей для средних скоростных и нагрузочных режимов.
4. Топливный насос остается включенным, пока ключ зажигания не будет повернут в выключенное положение. Примечание. Узнать о том, что КСУД работает в усеченном режиме можно, прислушавшись к работе топливного насоса. Если КСУД работает в нормальном режиме, то при включении зажигания топливный насос включается примерно на одну секунду, а затем отключается.
Стратегия 2: неисправность датчика
При неисправности датчика КСУД ведет себя следующим образом. Сигнал неисправного датчика заменяется усредненным значением измеряемого параметра, соответствующим прогретому двигателю. Таким образом, прогретый двигатель будет работать более или менее удовлетворительно. Однако пуск холодного двигателя и его прогрев могут вызвать некоторые проблемы.
Октан-корректор
Система имеет специальный разъем для настройки КСУД на топливо с низким октановым числом, а также для подстройки холостых оборотов при различных условиях работы двигателя. Кодировка режима производится путем соединения одного или нескольких кабелей с массой. В зависимости от того, какой кабель соединен с массой. КСУД либо корректирует карту опережений зажигания, чтобы двигатель мог работать на топливе с другим октановым числом, либо меняет установки холостого хода. Использование кодировщика исключает необходимость регулировки положения распределителя или потенциометра дроссельной заслонки. Хотя такие регулировки принципиально возможны, мы настоятельно рекомендуем такие подстройки выполнять только с помощью кабельного кодировщика. Некоторые двигатели не допускают регулировки холостого хода иначе, как с помощью кодировщика. На каждый кабель подается с КСУД эталонное напряжение 5.0 В. При заземлении кабеля напряжение на нем падает до нуля. КСУД опознает кабели с нулевым напряжением и в зависимости от их комбинации, меняет соответствующим образом свою программу.
Эталонное напряжение
Датчики двигателя питаются от КСУД эталонным напряжением + 5 В. Это обеспечивает стабильное показание датчиков независимо от напряжения аккумулятора. Эталонное питание подается с контакта 26 КСУД.
Заземление датчиков
Связь большинства датчиков с массой осуществляется не непосредственно, а через контакт 46 разъема КСУД, который может быть замкнут на массу только внутри самого КСУД по его команде.
Защита от помех
Для защиты от помех датчики угла поворота коленчатого вала и кислорода, а также первичная цепь зажигания подключены к КСУД экранированным кабелем.
Датчик спидометра
Датчик спидометра информирует КСУД о скорости автомобиля. Датчик работает на основе эффекта Холла. Он может быть расположен либо на трансмиссии, либо позади панели приборов и совмещен с узлом подсоединения троса спидометра. Питание датчика подается с выключателя зажигания. При вращении троса спидометра датчик вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения, частота которых пропорциональна скорости автомобиля.
Задающий генератор
В качестве задающего генератора система ЕСС IV может использовать либо датчик Холла, расположенный в распределителе, либо индукционный датчик угла поворота коленчатого вала. совмещенный с маховиком.
Датчик Холла
Датчик Холла в качестве задающего генератора используется на автомобилях с OHC и DOHC объемом 2.0 л, на двигателях 2.4, 2.8 и 2.9 V6, а также на всех двигателях с распределителем зажигания.
Питание на пластинку датчика подается с модуля зажигания. Датчик заземлен либо непосредственно на корпус распределителя, либо через КСУД.
Напротив датчика расположен постоянный магнит, поле которого пересекает пластинку датчика и вызывает в ней небольшое вторичное напряжение, которое подается в КСУД. На валу распределителя закреплен стальной обтюратор с числом окон, равным числу цилиндров. При вращении вала обтюратор периодически перекрывает магнитное поле, поэтому вторичное напряжение датчика то пропадает, то возобновляется. Таким образом, датчик генерирует опорные импульсы практически прямоугольной формы с амплитудой примерно 300 мВ, которые используются КСУД для зажигания, впрыска топлива и управления холостым ходом.
Опорный импульс соответствует базовой установке опережения; он является сигналом для отключения первичной обмотки катушки зажигания и подачи искры в цилиндр. Ни распределитель, ни модуль зажигания не имеют устройств для регулирования опережения, поэтому модуль дает сигнал на подачу искры в соответствии с начальной установкой опережения. Начальная установка на таких автомобилях доступна для регулировки.
Опорные импульсы подаются также на КСУД через контакт 56 разъема. КСУД корректирует опережение в соответствии с оборотами двигателя и возвращает сигнал модулю зажигания. Модуль совмещает сигнал задающего генератора с сигналом КСУД и сдвигает опережение в нужном направлении.
Катушка зажигания
Первичная обмотка катушки имеет малое сопротивление для увеличения протекающего по ней тока и запасаемой энергии. Усилитель ограничивает ток обмотки примерно до 8А. Этого достаточно для поддержания необходимой энергии и длительности искры.
Распределитель зажигания
В системе EEC IV распределитель содержит генератор Холла, обеспечивающий сигналы скорости вращения и сигнал ВМТ, а также высоковольтные компоненты (крышка с контактами проводов высокого напряжения, ротор — распределитель и катушку зажигания). Распределитель направляет вторичное напряжение катушки к свечам зажигания в соответствии с порядком работы цилиндров.
Впрыск топлива.Распределенный впрыск
На 8-клапанных двигателях OHC и DOHC, а также на двигателях V6 установлена распределенная система впрыска топлива.
КСУД подает управляющий импульс на все форсунки одновременно, один раз за каждый оборот двигателя.
Один цикл впрыска на открытый клапан, два на закрытый… Две группы по 3 цилиндра, в одной группе два цилиндра не встают в открытом положении одновременно
На КСУД поступают сигналы с датчиков нагрузки (расход воздуха или давление в коллекторе), скорости (индукционного или Холла) и с потенциометра дроссельной заслонки. По этим данным КСУД выбирает из карты, хранящейся в его памяти, длительность впрыска, соответствующую данным условиям работы двигателя. При холодном пуске КСУД увеличивает длительность впрыска, чтобы обеспечить поступление в цилиндры более богатой смеси.
Форсунки
Каждый цилиндр снабжен индивидуальной форсункой, установленной во впускном патрубке головки цилиндров так, что распыленная струя топлива попадает на обратную сторону тарелки клапана.
Форсунка снабжена электромагнитным клапаном, который управляется КСУД. Один вывод электромагнита форсунки постоянно соединен с положительный полюсом аккумулятора через главное реле, а второй вывод КСУД замыкает на массу в нужный момент и на требуемый промежуток времени, который может колебаться в пределах 1.5… 10 мс. Длительность открытия клапана (т.е. впрыска топлива) в значительной мере зависит от температуры двигателя, его скорости и нагрузки, а также от условий работы. При выключении электромагнита форсунки в цепи возникает э.д.с. индукции с амплитудой до 60В.
Количество топлива, поступающего в цилиндр за цикл впрыска зависит от давления в топливной системе и длительности импульса впрыска. Эта длительность определяется КСУД указанным выше образом. Поскольку впрыск происходит дважды за цикл, половина требуемого топлива, прежде чем попасть в цилиндр, некоторое время будет находиться на обратной стороне впускного клапана.
Система впуска воздуха
Воздух всасывается через воздухоочиститель и корпус дроссельной заслонки во впускной коллектор.
Для регулировки оборотов холостого хода имеется воздушный канал в обход заслонки, проходное сечение которого регулируется винтом. Регулировка выполнена при сборке и двигателя и не требует дальнейшего вмешательства, поэтому винт закрыт защитной заглушкой. Все необходимые подстройки после ремонтных и сервисных работ выполняет сам КСУД в процессе адаптации.
Датчики нагрузки.
Более наглядно о работе датчиков можно посмотреть в этом видео.
Нагрузка двигателя определяется массовым расходом воздуха, поступающего в цилиндры. По расходу воздуха КСУД определяет по своим таблицам необходимый режим работы форсунок. Для определения массового расхода воздуха в системе EEC IV может быть использован один из трех методов с использованием датчиков расхода воздуха (с заслонкой или с нагретым проводом) или датчика давления в коллекторе.
Датчик давления воздуха в коллекторе
Датчик предназначен для определения загрузки двигателя. Он имеет частотный выход, т.е. давление обозначается частотой выходного сигнала датчика . Датчик, расположенный на моторной перегородке рядом с КСУД, соединен вакуумным шлангом с впускным коллектором. Разрежение в коллекторе действует на диафрагму, перемещение которой датчик преобразует в электрический сигнал. Абсолютное давление в коллекторе вычисляется как атмосферное давление минус разрежение в коллекторе.
Массовый расход воздуха, поступающего в двигатель, КСУД вычисляет с учетом плотности, определяемой по значению абсолютного давления и температуры воздуха в коллекторе, а также частоты вращения коленчатого вала. При этом предполагается, что цилиндры двигателя заполняются фиксированным объемом воздуха.
Питание датчика осуществляется эталонным напряжением 5.0 В. Выходным сигналом датчика является частота, меняющаяся от 100 Гц на холостом ходу до 150… 160 Гц при полной нагрузке.
Сигнал этого датчика является определяющим при вычислении опережения зажигания и длительности впрыска топлива.
Датчик температуры воздуха
Датчик температуры расположен на входе датчика расхода воздуха (на моделях с датчиком расхода) или на входе во впускной коллектор (большинство остальных моделей).
Датчик питается эталонным напряжением 5.0 В. Он представляет собой терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. В зависимости от температуры с датчика на КСУД снимается сигнал в виде меняющегося напряжения. При температуре воздуха 20С его напряжение составляет 2.0… 3.0 В, а при температуре 40С оно падает до 1.5 В.
Поскольку плотность воздуха обратно пропорциональна его температуре, показания датчика температуры позволяет КСУД точнее определить массовый расход воздуха, поступающего в двигатель. На двигателе V6, имеющем два датчика расхода воздуха, датчик температуры установлен только в заднем расходомере.
Регулировка СО
Модели с катализатором регулятора СО не имеют и регулировкой СО на них управляет только КСУД.
Датчик температуры охлаждающей жидкости
Датчик встроен в систему охлаждения и имеет в своем составе терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. При холодном двигателе датчик имеет большое сопротивление. При прогреве двигателя температура охлаждающей жидкости повышается и сопротивление датчика уменьшается. Падение напряжения на терморезисторе подается в КСУД, который по этому напряжению определяет температуру двигателя. Датчик питается эталонным напряжение 5.0 В от КСУД. Часть этого напряжения снимается с терморезистора, который меняет свое сопротивление в зависимости от температуры, и подается в КСУД. Температура двигателя используется системой управления для корректировки момента зажигания и длительности впрыска. Нормальная рабочая температура двигателя лежит в пределах от 80 до 100'С.
Потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки
Потенциометрический датчик информирует КСУД о текущем положении заслонки, о положении холостого хода, замедления и полной нагрузки, а также о скорости открытия заслонки, т.е. об ускорении. Он представляет собой потенциометр с тремя выводами. К одному из выводов подводится эталонное напряжение питания 5.0 В, второй провод заземлен, а с третьего вывода, соединенного с движком потенциометра, снимается и подается на КСУД напряжение, пропорциональное углу поворота заслонки.
Когда заслонка находится в закрытом положении (холостой ход, замедление), напряжение на выходе потенциометра составляет примерно 0.7 В. Полностью открытой заслонке (полная нагрузка) соответствует напряжение 4.5 В. Режим замедления определяется закрытой заслонкой и высокими оборотами двигателя. В этом режиме КСУД отсекает подачу топлива. Подача топлива восстанавливается, когда обороты двигателя падают до холостых, либо если снова открыть заслонку.
Датчик температуры топлива
Температура топлива контролируется для того, чтобы избежать проблемы парообразования в топливной системе. После выключении двигателя при нормальной рабочей температуре циркуляция охлаждающей жидкости через радиатор прекращается и при закрытом капоте в течение некоторого времени температура в подкапотном пространстве повышается. Находящееся в трубопроводах топливо начинает испаряться и, если в это время потребуется снова запустить двигатель, могут возникнуть проблемы.
Датчик сигнализирует КСУД о температуре топлива и, если эта температура превышает 87'С, КСУД переходит на запасной алгоритм вычисления длительности впрыска.
Управление холостым ходом
Двигатели с распределенным и центральным впрыском топлива используют разные методы управления холостым ходом. При распределенном впрыске управление холостым ходом осуществляется с помощью электромагнитного клапана, тогда как на двигателях с центральным впрыском для этой цели используется шаговый электродвигатель.
Клапан управления холостым ходом с электромагнитным управлением
Клапан расположен в дополнительном воздушном канале, обходящем дроссельную заслонку. Он включается в работу во время холостого хода и прогрева двигателя. При включении дополнительных потребителей энергии, таких как фары, обогреватель заднего стекла и пр., обороты холостого хода могут упасть. КСУД, почувствовав падение оборотов, откроет клапан, что приведет к увеличению поступающего в цилиндры воздуха и к увеличению оборотов. При уменьшении нагрузки КСУД, наоборот, начнет прикрывать клапан и уменьшать обороты. Таким образом, при любых условиях обороты холостого хода будут поддерживаться в заданных пределах. В случае неисправности клапан полностью закроет перепускной канал и обороты холостого хода установятся на базовом уровне.
Реле
Система EEC IV управляется с помощью главного реле и реле топливного насоса. К выводам 30 главного реле и реле топливного насоса подведено положительное напряжение от аккумулятора. При включении зажигания положительное напряжение с выключателя зажигания подается на вывод 86 управляющей обмотки главного реле. Второй конец обмотки реле заземлен, поэтому реле включается и замыкает контакты, связанные с выводами 30 и 87. С вывода 87 напряжение подается на входные контакты разъемы КСУД 37 и 57. на форсунки и другие исполнительные устройства, а также на вывод 86 реле топливного насоса.
При включении зажигания КСУД кратковременно замыкает на массу вывод 85 (большинство моделей) или вывод 86 (Mondeo) реле насоса. Реле включается и через его замкнутые контакты напряжение на выводе 30 передается на выходную клемму 87, которая запитывает двигатель топливного насоса. По прошествии одной секунды КСУД отключает реле и насос останавливается. Это кратковременное включение насоса необходимо для восстановления рабочего давления в системе впрыска топлива.
После этого цепь питания реле насоса может оставаться разомкнутой, пока КСУД не получит сигнал от датчика угла поворота коленчатого вала. После этого реле и насос включатся и будут оставаться включенными до остановки двигателя.
Инерционный выключатель
Инерционный выключатель предназначен для аварийного выключения топливного насоса. Он срабатывает при большом замедлении, характерном для аварийных ситуаций. После срабатывания выключателя подачу питания на топливный насос можно восстановить, нажав кнопку выключателя.