Układ Marelli IAW 5NF należy do grupy systemów zintegrowanych z:
· cyfrowym zapłonem elektronicznym z wyładowaniem indukcyjnym
· rozrządem statycznym
· wtryskiem elektronicznym, typu sekwencyjnego fazowanego (1-3-4-2).
1, Zbiornik paliwa
2, Elektryczna pompa paliwa
3, Zawór wielofunkcyjny
4, Zawór bezpieczeństwa
5, Przewód zasilania paliwem
6, Centralka elektroniczna wtryskowo - zapłonowa
7, Akumulator
8, Wyłącznik zapłonu
9, Wyłącznik bezwładnościowy
10, Skrzynka bezpieczników w komorze silnika
11, Układ klimatyzacji
12, Elektrozawór recyrkulacji par paliwa
13, Czujnik fazy wtrysku
14, Filtr z węglem aktywnym
15, Body Computer (gniazdo diagnostyczne i sygnał Fiat CODE)
16, Czujnik ciśnienia bezwzględnego i temperatury
17, Czujnik prędkości obrotowej wału korbowego i GMP
18, Świece zapłonowe
19, Czujnik temperatury płynu chłodzącego
20, Wtryskiwacze elektryczne
21, Siłownik sterowania przepustnicą i czujnik położenia przepustnicy
22, Potencjometr pedału przyspieszenia
23, Kolektor zasilający paliwa
24, Filtr powietrza
25, Cewki zapłonowe
26, Sonda lambda (przed katalizatorem)
27, Optyczny wskaźnik awarii układu
28, Obrotomierz
29, Katalizator
30, Sonda lambda (za katalizatorem)
W warunkach biegu jałowego centralka kontroluje:
· moment zapłonu
· przepływ powietrza zapewniając utrzymanie regularnego funkcjonowania silnika przy zmieniających się warunkach zewnętrznych i zmianie obciążenia.
Centralka kontroluje i steruje wtryskiem w taki sposób, aby stosunek stechiometryczny (powietrze/paliwo) mieścił się zawsze w wartościach optymalnych.
Zasadnicze funkcje systemu są następujące:
· autoadaptacja układu
· autodiagnostyka
· rozpoznawanie Fiat CODE
· kontrola rozruchu zimnego silnika
· kontrola spalania - sonda lambda
· kontrola spalania detonacyjnego
· kontrola wzbogacania mieszanki podczas przyspieszenia
· odcięcie paliwa w fazie zwolnienia pedału (Cut-off)
· odzyskiwanie par paliwa
· ograniczenie maksymalnej prędkości obrotowej
· kontrola elektrycznej pompy paliwa
· połączenie z układem klimatyzacji
· rozpoznanie położenia tłoków w cylindrach
· regulacja czasów wtrysku
· regulacja wyprzedzeń zapłonu
· kontrola i sterowanie prędkością obrotową biegu jałowego
· sterowanie elektrowentylatorem chłodzenia silnika
Główne i podstawowe warunki, jakie muszą być zawsze spełnione dla wytwarzania mieszanki paliwowo - powietrznej, dla zapewnienia prawidłowej pracy silników, są następujące:
· 'dawkowanie' (stosunek powietrze / paliwo) musi być utrzymywane na możliwie stałym poziomie, bliskim wartości stechiometrycznej w taki sposób, aby zapewnić niezbędną szybkość spalania, unikając niepotrzebnego zużycia paliwa
· 'jednorodność' mieszanki, złożonej z par benzyny, rozproszonych w powietrzu w bardzo małej ilości i możliwie równomiernie.
Układ wtryskowo - zapłonowy wykorzystuje metodę pomiaru pośredniego typu 'SPEED - DENSITY - LAMBDA'. czyli prędkości kątowej, gęstości zasysanego powietrza i kontroli składu mieszanki (kontrola w sprzężeniu zwrotnym).
W praktyce układ wykorzystuje dane o PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ WAŁU KORBOWEGO (ilość obrotów na minutę) i GĘSTOŚCI POWIETRZA (ciśnienie i temperatura), aby dokonać pomiaru ilość powietrza zasysanego przez silnik.
Ilość powietrza zasysanego przez każdy cylinder, podczas każdego cyklu pracy silnika zależy, oprócz gęstości ssanego powietrza, także od jednostkowej pojemności skokowej i współczynnika napełnienia.
Przez gęstość powietrza rozumie się gęstość powietrza zasysanego przez silnik i obliczoną na podstawie: ciśnienia bezwzględnego i temperatury, zmierzonych w kolektorze ssącym.
Przez współczynnik napełnienia rozumie się parametr określony w fazie prób doświadczalnych, we wszystkich warunkach funkcjonowania, a następnie zapamiętany w centralce elektronicznej.
Po ustaleniu ilości powietrza zasysanego, układ dostarcza paliwo w ilości wynikającej z żądanego składu mieszanki.
Moment końca wtrysku lub fazy wtrysku jest zawarty w danych zapamiętanych w centralce i zmienia się w zależności od prędkości obrotowej silnika i podciśnienia w kolektorze ssącym. W praktyce chodzi o obliczenia, jakich centralka elektroniczna dokonuje, aby sterować pracą czterech wtryskiwaczy (po jednym na każdy cylinder) w sposób sekwencyjny i fazowany tak, by wytworzona mieszanka paliwowo - powietrzna miała skład zbliżony do składu stechiometrycznego.
Paliwo zostaje wtryśnięte do króćca dolotowego - bezpośrednio przed zaworami ssącymi - pod ciśnieniem około 3,5 bara.
Podczas gdy prędkość obrotowa silnika (liczba obrotów na minutę) i gęstość powietrza (ciśnienie i temperatura) są wykorzystywane do określenia masy zasysanego powietrza, po której ustaleniu jest dawkowane paliwo w zależności od żądanego składu mieszanki, inne czujniki systemu (temperatura płynu chłodzącego, położenie przepustnicy, napięcie akumulatora, itd.) pozwalają centralce elektronicznej korygować strategię bazową dla dostosowania do chwilowych warunków funkcjonowania silnika.
Zapewnienie składu mieszanki na poziomie zbliżonym do stechiometrycznego jest warunkiem niezbędnym dla prawidłowego i długotrwałego funkcjonowania katalizatora i zmniejszenia emisji zanieczyszczeń.
Obwód zapłonowy jest typu statycznego z wyładowaniem indukcyjnym, tzn. bez rozdzielacza wysokiego napięcia, z modułami mocy umieszczonymi wewnątrz centralki elektronicznej wtryskowo -zapłonowej
System przewiduje jedną cewkę dla każdego cylindra, połączoną bezpośrednio ze świecą.
Uzwojenie pierwotne każdej cewki jest podłączone do przekaźnika mocy (a więc jest zasilane napięciem akumulatora) i do styków elektronicznej centralki sterującej (sterowanie masą).
Jednostka elektroniczna, po dokonaniu fazy rozruchu, steruje wyprzedzeniem bazowym odczytanym z zapisanych danych, biorąc pod uwagę:
· prędkość obrotową silnika
· wartość ciśnienia bezwzględnego (mbar) mierzonego w kolektorze ssącym.
Ta wartość wyprzedzenia jest korygowana w zależności od temperatury płynu chłodzącego silnika i temperatury zasysanego powietrza.
Dzięki linii CAN do centralki przesyłane są dane o poziomie paliwa i ciśnieniu oleju silnikowego.
1, Centralka sterująca silnika
2, Akumulator
3, Wyłącznik zapłonu
4, Przekaźnik układu sterowania silnikiem
5, Przekaźnik elektrycznej pompy paliwa
6, Elektryczna pompa paliwa
7, Przekaźnik/i elektrowentylatora chłodnicy
8, Elektrowentylator chłodnicy
9, Przekaźnik włączenia sprężarki
10, Sprężarka
11, Wtryskiwacze elektryczne
12, Świece zapłonowe
13, Cewki zapłonowe
14, Elektrozawór płukania filtru z węglem
15, Sondy lambda (przed katalizatorem i za katalizatorem)
16, Czujnik temperatury płynu chłodzącego
17, Czujnik spalania stukowego
18, Siłownik sterowania przepustnicą i czujnik położenia przepustnicy
19, Czujnik obrotów silnika i GMP
20, Czujnik ciśnienia bezwzględnego i temperatury powietrza
21, Wyłącznik ciśnienia oleju silnikowego
22, Body computer
23, Centralka CODE (body computer) (poprzez sieć CAN)
24, Połączenie przyrządu diagnostycznego (poprzez sieć CAN)
25, Obrotomierz (poprzez sieć CAN)
26, Lampa awarii układu (poprzez sieć CAN)
27, Prędkościomierz (poprzez sieć CAN)
28, Czujnik fazy wtrysku
29, Czujnik pedału przyspieszenia
30, Wyłącznik pedału sprzęgła
31, Czujnik temperatury płynu chłodzącego
Centralka jest wyposażona w funkcję autoadaptacyjną, której zadaniem jest rozpoznanie zmian, jakie zachodzą w silniku, spowodowanych wzajemnym docieraniem się elementów silnika oraz ich zużywaniem się.
Zmiany te zostają zapamiętane w centralce jako zmiany podstawowego programu i mają na celu przystosowanie układu do stopniowych zmian zachodzących w silniku i elementach w porównaniu do charakterystyk silnika nowego.
Funkcja autoadaptacyjna umożliwia także kompensowanie nieuniknionych różnic (spowodowanych tolerancjami produkcyjnymi) ewentualnie wymienianych komponentów.
Na podstawie analizy gazów spalinowych centralka zmienia podstawowy program bazowy w stosunku do charakterystyk nowego silnika.
Parametry autoadaptacyjne nie zostają skasowane przy odłączeniu akumulatora.
Układ autodiagnostyczny centralki sprawdza poprawność funkcjonowania układu i sygnalizuje ewentualne usterki za pomocą lampki sygnalizacyjnej (mil) w zestawie wskaźników, której kolor i ideogram są zgodne z normami europejskimi.
Lampka ta sygnalizuje usterki sterowania silnikiem oraz usterki wykryte przez strategie diagnostyki EOBD.
Logika funkcjonowania lampki sygnalizacyjnej (mil) jest następująca:
· przy kluczyku w wyłączniku zapłonu w położeniu jazda lampka sygnalizacyjna zaświeca się i świeci się aż do uruchomienia silnika.
· Układ autodiagnostyki centralki sprawdza sygnały przesyłane przez czujniki i porównuje je z dopuszczalnymi wartościami.
Sygnalizacja usterek przy rozruchu silnika:
· jeżeli lampka sygnalizacyjna nie gaśnie po uruchomieniu silnika oznacza to wystąpienie usterki zapamiętanej w centralce.
Sygnalizacja uszkodzeń podczas funkcjonowania:
· jeżeli lampka sygnalizacyjna migocze oznacza to możliwe uszkodzenie katalizatora spowodowane zjawiskiem misfire (brak zapłonu).
· ciągłe świecenie się lampki kontrolnej wskazuje na nieprawidłowe sterowanie silnikiem lub błędy diagnostyczne EOBD RECOVERY
Centralka określa każdorazowo typ recovery, w zależności od elementu, który uległ uszkodzeniu.
Parametry recovery są funkcją sygnałów z elementów nieuszkodzonych.
Centralka, z chwilą obrócenia kluczyka w wyłączniku zapłonu w położenie 'MAR', przeprowadza dialog z Body Computer (funkcja Fiat CODE), aby uzyskać zezwolenie na rozruch silnika.
Wymiana informacji odbywa się przez linię CAN, która łączy dwie centralki.
Sygnał fazy silnika, razem z sygnałem prędkości obrotowej i zewnętrznego zwrotnego położenia tłoków (ZZP), umożliwia centralce rozpoznanie cylindrów w celu zrealizowania wtrysku fazowanego.
Ten sygnał jest generowany przez czujnik wykorzystujący zjawisko HALL'a, zamontowany na pokrywie popychaczy na wysokości koła fonicznego, znajdującego się na kole pasowym wałka rozrządu.
W układach EOBD sondy lambda, wszystkie tego samego typu ale nie wymienne, umieszczone są: jedna przed, a druga za katalizatorem.
Sonda umieszczona przed katalizatorem jest odpowiedzialna za kontrolę składu dla pierwszej pętli (closed loop sondy przed katalizatorem).
Sonda znajdująca się za katalizatorem wykorzystywana jest do diagnostyki katalizatora i dokładnego ustalania parametrów sterowania pierwszej pętli.
Zgodnie z tą zasadą, adaptacyjność drugiej pętli ma na celu zniwelowanie zarówno rozrzutu parametrów produkcyjnych jak i minimalnych niedokładności sond przed katalizatorem, pozwalając ujawnić jego zestarzenie lub zniszczenie.
Ta kontrola nazywa się kontrolą drugiej pętli (closed loop sondy umieszczonej za katalizatorem).
W tych warunkach występuje naturalne zubożenie mieszanki spowodowane złą turbulencją cząstek paliwa w niskich temperaturach, mniejsze parowanie i silne skraplanie się par paliwa na ściankach wewnętrznych kolektora ssącego. Do tego dochodzi większa lepkość oleju smarującego, który powoduje zwiększony opór elementów mechanicznych silnika.
Centralka elektroniczna rozpoznaję ten warunek na podstawie sygnału temperatury płynu chłodzącego i zwiększa bazowy czas wtrysku.
Pełne obciążenie zostaje stwierdzone przez centralkę na podstawie wartości położenia przepustnicy i ciśnienia bezwzględnego.
W sytuacji pełnego obciążenia konieczne jest zwiększenie bazowego czasu wtrysku dla uzyskania maksymalnej mocy wydawanej przez silnik.
Podczas tej fazy pracy silnika nakładają na siebie dwie funkcje:
· Strategia stanu przejściowego dla utrzymania stechiometrycznej ilości paliwa dostarczanego do silnika (mniejsze zanieczyszczenie). Faza ta jest rozpoznawana przez centralkę, kiedy sygnał położenia przepustnicy przechodzi od wyższej wartości napięcia do wartości niższej.
· Strategia elastycznego zmniejszania prędkości obrotowej (dash-pot) w celu łagodnego zmniejszenia momentu obrotowego (łagodne hamowanie silnikiem).
Ciśnienie atmosferyczne zmienia się w zależności od wysokości n.p.m., określając zmianę wydajności objętościowej, która wymaga korekty bazowego składu mieszanki (czasu wtrysku).
Korekta czasu wtrysku zależy od zmiany ciśnienia atmosferycznego i będzie aktualizowana automatycznie przez centralkę elektroniczną, przy każdym wyłączeniu silnika oraz w określonych warunkach położenia przepustnicy i prędkości obrotowej silnika. (przykład: przy niskiej prędkości obrotowej i przy mocno otwartej przepustnicy)
Strategia cut - off (odcięcie paliwa) zostaje uaktywniona, gdy centralka stwierdza, że przepustnica jest w położeniu zamkniętym i prędkość obrotowa silnika = 1350 obr/min (wartość zmienna).
Centralka uruchamia funkcję cut-off tylko wtedy, gdy temperatura silnika przekroczy 0° C.
Centralka przy prędkości obrotowej = 1270 obr/min i przepustnicy w położeniu nie zamkniętym - przywraca zasilanie silnika.
Przy wysokich prędkościach obrotowych centralka uruchamia funkcję cut - off także wtedy, gdy przepustnica nie jest całkowicie zamknięta, a ciśnienie w kolektorze ssania jest bardzo niskie (cut - off częściowy).
W tej fazie centralka zwiększa odpowiednio ilość paliwa dostarczanego do silnika (aby uzyskać maksymalny moment obrotowy) na podstawie następujących sygnałów:
· położenie przepustnicy;
· sygnał obrotów i GMP
Czas wtrysku 'bazowy' zostaje pomnożony przez współczynnik, zależny od temperatury płynu chłodzącego silnika, szybkości otwarcia przepustnicy i wzrostu ciśnienia w kolektorze ssącym.
Jeżeli zmiana czasu wtrysku zostaje obliczona, kiedy wtryskiwacz jest już zamknięty, centralka ponownie otwiera wtryskiwacz (extra pulse), aby maksymalnie szybko skompensować skład mieszanki; następne czasy wtrysku będą zwiększone w oparciu o wyżej wymienione współczynniki.
Kiedy prędkość obrotowa silnika przekroczy 6500 obr/min przez okres dłuższy niż 10 sekund lub chwilowo wartość 'progową' 6700 obr/min, ustawioną przez producenta, silnik zaczyna pracować w 'krytycznych' warunkach pracy.
Kiedy centralka elektroniczna rozpozna przekroczenie w/w wartości progowych, odcina zasilanie paliwem elektrowtryskiwaczy.
Kiedy prędkość obrotowa zostaje przywrócona do wartości nie krytycznej, ponownie przywrócone zostaje pilotowanie elektrowtryskiwaczy.
Elektryczna pompa paliwa jest sterowana przez centralkę sterującą silnikiem za pośrednictwem przekaźnika.
Pompa zostanie wyłączona:
· gdy prędkość obrotowa silnika spadnie poniżej około 50 obr/min
· po określonym czasie (około 5 sekund) przy kluczyku w wyłączniku zapłonu w położeniu MAR, lecz bez uruchamiania silnika (zgoda czasowa)
· jeśli zadziałał wyłącznik bezwładnościowy.
Sterowanie wtryskiwaczami elektrycznymi jest typu sekwencyjnego fazowego. W fazie rozruchu wtryskiwacze elektryczne wtryskują paliwo jednocześnie (full-group - sterowanie równoległe).
Faza sterowania wtryskiwaczami elektrycznymi zmienia się w zależności od prędkości obrotowej silnika i ciśnienia zasysanego powietrza, w celu polepszenia napełnienia cylindrów i zmniejszenia zużycia paliwa, lepszego prowadzenia samochodu oraz zmniejszenia emisji zanieczyszczeń.
ogr2541