Электронная дроссельная заслонка, принципы работы, диагностики, осциллограммы.
Электронная дроссельная заслонка, принципы работы и диагностики
Прошлый раз мы говорили о диагностике электронной педали газа (ЭПГ), сегодня поговорим о диагностике электронной дроссельной заслонки с электрическим приводом.
Данная дроссельная заслонка также как и датчик положение педали акселератора представляет собой сдвоенный потенциометр. Существуют разные варианты её исполнения, как и у ЭПГ, при этом методы диагностики одинаковые для всех типов подобных датчиков.
Рассмотрим электросхему дроссельной заслонки.
Электросхема блока дроссельной заслонки с электрическим приводом
Блок дроссельной заслонки чаще всего имеет 6 контактов. Два контакта (масса и напряжение) идут на двигатель, который открывает и закрывает дроссельную заслонку. В зависимости от напряжения подаваемого с электронного блока управления (ЭБУ) двигателя, мотор дроссельной заслонки открывает её на требуемый в зависимости от ситуации угол (холостой ход, ускорение, глушение двигателя и т.п.).
Другие 4 контакта это масса и 5V, которые подаются на два потенциометра (переменных резисторов) дроссельной заслонки и выводы с этих потенциометров, по сигналам которых ЭБУ `понимает` на какой угол в данный момент открыта дроссельная заслонка.
Здесь принцип такой же как и в электронной педали акселератора. Сигналы дублируются с двух потенциометров для надежности и перепроверки насколько повернулась дроссельная заслонка.
Однако, в отличие от педали, питание приходит одно сразу на 2 датчика, масса тоже одна, и 2 сигнала с переменных резисторов TPS1, TPS2. При этом существуют дроссельные заслонки с 8 контактами. В этом случае у каждого потенциометра свои независимые 5 вольт и своя масса.
Как же проверить дроссельную заслонку с электронным приводом?
Здесь существует проверочное правило для блока управления: напряжение с 1 датчика + напряжение со второго датчика в сумме составляет около 5 вольт.
Формула проверки электронной дроссельной заслонки: V tps1 + V tps2 ≈ 5V
На графике осциллограммы можно увидеть, что при росте Vtps1 — Vtps2 уменьшается. Примерно на 45° угла наклона напряжение с каждого датчика приблизительно равны. Данный принцип работы позволяет электронному блоку управления двигателя надежно оценить исправность работы блока электронной дроссельной заслонки. Таким образом при проверке работоспособности дросселя в фактических параметрах мы можем посмотреть, как себя ведут датчики по напряжениям первого и второго потенциометров и по проценту открытия. При угле 45° напряжение должно совпадать.
График работы электронной дроссельной заслонки зависимость напряжения от угла открытия
Если смотреть по времени открытия и закрытия дроссельной заслонки то напряжение на первом потенциометре должно быть обратно пропорциональным на втором, при достижении 45° графики должны пересекаться, таким образом получается такая осциллограмма открытия — закрытия дросселя.
График работы электронной дроссельной заслонки зависимость напряжения от времени
При ошибке на дроссельную заслонку, нужно:
► Считать код неисправности и расшифровать его. Подробнее об алгоритмах диагностики писалось здесь. Действовать согласно инструкциям по расшифровке кода неисправности.
► проверить сигналы приходящие на неё (убедиться в целостности проводов, контактов, наличии массы для проверки можно подкинуть свою);
► убедиться в целостности механической части, проверить шестеренки на износ. При необходимости заменить. Существуют готовые ремкомплекты или можно напечатать на 3D принтере;
► Подсоединить осциллограф и убедиться в правильности графиков указанных выше;
► При неверных данных возможен износ резистивного слоя одной из дорожек переменного потенциометра (можно попробовать восстановить дорожку с помощью простого карандаша);
► Заменить неисправный дроссельный узел, если проводка исправна и показания осциллограммы не соответствует приложенным выше данным.
► Если с проводкой и дроссельным узлом всё хорошо, то везти на диагностику электронный блок управления двигателем. Сразу бросаться его менять не стоит, т.к. их успешно восстанавливают за относительно небольшие деньги по сравнению с новым или даже бушным блоком.
Электронная дроссельная заслонка: как она устроена, и как её ремонтировать?
Тренд автомобильного инжиниринга всех последних лет – планомерное отстранение водителя от непосредственного управления машиной. Пока, слава богу, мы не дошли массово до потери жесткой связи наших рук и ног с поворачивающимися колесами и тормозами, но к тому все явно идет… Как минимум, ни один автомобиль в наши дни уже не выпускается без электронной дроссельной заслонки, при которой мы не отдаем прямую команду дросселю «больше воздуха!» правой ногой через тросик, а высказываем пожелание блоку управления двигателем, который уже сам отправляет команду на заслонку. Хорошо это или плохо, и как с этим жить?
История вопроса
П ринято считать, что так называемый E-газ – это технология последнего примерно десятилетия. В чистом виде – да, но интегрированный электропривод в дроссельных заслонках появился гораздо раньше – еще в 80-х. В те годы на оси заслонки с одной стороны располагался сектор газа, связанный с педалью акселератора классическим тросиком (да-да, «колесико», которое приводится в движение тросиком от педали, называется «сектором газа»!), а с другой стороны ось заслонки соединялась через шестеренчатую передачу с небольшим электромотором.
Собственно, на поведение машины при движении моторчик влияния не оказывал – связь с ногой водителя была олдскульная, механическая и четкая: как надавишь, так и поедешь! А вступал в работу электромотор только в режиме холостого хода, корректируя степенью приоткрытия заслонки обороты при прогреве и после прогрева, а также чуть добавляя газку при включении мощных потребителей электроэнергии и крутящего момента – кондиционера летом, ГУРа на морозе, разных обогревов и т.п. Чуть позже функции моторчика в дросселе расширились – при практически неизменной конструкции добавилось электронных команд: он стал управлять не только оборотами холостого хода, но и оборотами в движении – при включении круиз-контроля и при активации антипробуксовочной системы.
Сейчас же все достигло «апофигея технологичности» – механическая связь заслонки с педалью газа исчезла в принципе, и все команды – как от ноги водителя, так и от сервисных систем – дроссель получает лишь при посредничестве блока управления двигателем. Причин тому – три:
- Экологические требования;
- Рост экономии топлива;
- Удобство в реализации множества современных функций автомобиля.
Электронный дроссель в наши дни
Итак, прямая связь дроссельной заслонки с педалью упразднена полностью и окончательно. Как я уже говорил, нажатием на педаль мы отправляем сигнал в блок управления, а тот в свою очередь анализирует обстановку и множество параметров, а затем отдает команду на подачу воздуха. При этом надо сказать, что за добрый десяток лет развития тандема электронной педали газа и электронного дросселя в его современном понимании система благополучно переросла ряд детских болезней – как чисто физических, так и софтовых.
Изнашивающиеся скользящие контакты датчиков положения заслонки вытеснила бесконтактная индуктивная связь, появилось множество новых функций – не настолько явных, чтобы занять строчку в техническом описании автомобиля, но в комплексе достаточно важных.
Например, ход педали газа стал нелинейным, что позволило лучше контролировать автомобиль во время начала движения: при мощном моторе (где заслонка имеет большой диаметр) исчез риск избыточно резко рвануться вперед при легком касании педали – электронный дроссель в первой четверти хода педали газа реагирует намеренно вяло.
E-газ позволяет наиболее оптимально провести разгон на авто с турбированным двигателем, в значительной мере борясь с турбоямой и обеспечивая более ровное ускорение с низов. Е-газ поможет и при режиме «педаль в пол», когда в случае классической тросовой заслонки первые мгновения идет неоптимальное сгорание смеси, и теряются секунды на разгоне. Конечно же, нельзя не упомянуть эффективную систему автоматического управления тягой мотора для борьбы со сносами и проскальзываниями ведущих колес.
При этом, правда, нужно отметить, что поведение электронного дросселя на бюджетных машинах по-прежнему серьезно отличается от среднеценовых и, тем более, премиальных автомобилей. В «бюджетках» E-газ, к сожалению, излишне туповат, задумчив и не способствует получению истинного удовольствия от драйва.
Да еще порой и на безопасность влияет отрицательно – дроссель с неоптимальным управляющим программным обеспечением реагирует на нажатие педали с задержкой, выдавая момент на колесах тогда, когда уже поздно. При отсутствии систем стабилизации зимой на скользком покрытии и в повороте такая реакция машины способна свести на нет ваши традиционные навыки зимнего вождения и создать аварийную ситуацию.
Простота и сложность электронного дросселя
Обычно внедрение электроники сопровождается невероятным усложнением конструкции. В случае с дросселем все с точностью до наоборот! Вдумчиво изучив его, можно обнаружить, что он невероятно прост и лишен ряда хитрых технических решений, имевшихся прежде у классических дросселей с тросовым приводом. А уж старый добрый двухкамерный карбюратор по сравнению с E-дросселем – и вовсе сложнейший и дорогущий в производстве прибор эпохи «стимпанк»…
Во-первых, конечно же, E-дроссель не нуждается в регуляторе холостого хода – клапане подачи воздуха по тоненькому каналу, управляемому шаговым двигателем, который склонен к загрязнению картерными газами и нестабильной работе. В случае электронного дросселя клапан регулировки холостого хода исчезает – ХХ обеспечивается приоткрытием основной заслонки – ведь она и так электроуправляемая, а стало быть, прекрасно справляется с регулировкой оборотов, подстраиваясь под включенные потребители, температуру наружного воздуха и антифриза, и т.п.
Еще в систему холостого хода при классическом дросселе часто входили дополнительные байпасные воздушные каналы в обход заслонки, также весьма склонные к засорению. Эти каналы открывались не плавно, а по принципу «вкл/выкл», внешними электроклапанами – к примеру, для компенсации нагрузки на двигатель при включении кондиционера. В электронном дросселе это все тоже оказалось ненужным – компенсация просадки оборотов делается опять же самой дроссельной заслонкой.
Также у классического дросселя имелся подогрев антифризом от системы охлаждения, поскольку все вышеупомянутые тоненькие каналы в холодное время боялись обмерзания. В электронном дросселе, особенно если монтируется он на пластиковом впускном коллекторе, нужды в подогреве часто нет – штуцеры подвода и отвода антифриза из него исчезают.
Иначе говоря, электронный дроссель взял на себя сразу несколько функций, до предела упростив свою механическую часть.
Да, по «механике» ломаться стало практически нечему – настолько все там просто и примитивно: простейший электромоторчик, который через пару пластиковых, но достаточно крепких шестеренок связан с осью заслонки, да возвратная пружина на той же оси.
Собственно, даже вопрос периодической чистки дросселя заметно снизил свою актуальность после избавления от системы узких байпасных каналов. Однако существенно усложнилась электронная часть, преподносящая порой сюрпризы – как объяснимые, так и совершенно загадочные и беспричинные.
Проблема заключается в том, что электронная плата дросселя, являющаяся, по сути, только сдвоенным датчиком, отслеживающим положение и динамику открытия заслонки, зачастую неремонтопригодна и отсутствует в продаже. Если электродвигатель при подаче диагностических 12 вольт ровно жужжит, редукторные шестеренки не имеют повреждений и заеданий, а в проводке от заслонки к ЭБУ нет плохих контактов, может потребоваться замена дроссельной заслонки в сборе. Увы.
И вот тут-то многие могут столкнуться с неприятным сюрпризом. На Лада Гранта этот узел в сборе стоит 5 000 рублей, что немало, но в целом подъемно, а на Volkswagen Polo Sedan – 25 000 рублей… Такая сумма способна пробить серьезную дыру в бюджете, а расстройства добавит тот факт, что обе детали, за 5 и за 25 тысяч рублей, технически почти идентичны, но конструктивно и программно несовместимы.
Что делают «jetter», «шпора» и «бустер педали газа»?
Говоря об электронном дросселе, этот класс устройств нельзя не упомянуть. Под такими названиями известен популярный гаджет для машин с E-газом, который, по словам производителей, «дает рост динамике и скорости». «Джеттер» – небольшая коробочка, включающаяся в цепь между педалью газа и блоком управления двигателем и искажающая сигнал педали так, чтобы заставить ЭБУ думать, что «тапка в полу», когда вы лишь слегка коснулись акселератора.
На самом деле, ни скорости, ни динамики эти гаджеты не добавляют и добавить не могут. Они просто меняют электромеханическую характеристику педали акселератора. Характеристика педали всегда нелинейна – изначально электронная педаль чаще всего настроена так, чтобы в первой половине хода быть малоотзывчивой, выдавая четверть мощности двигателя, а за оставшуюся половину выдавать остальные три четверти. Это, безусловно, весьма упрощенное описание, цифры тоже условны, но суть именно такова. «Джеттер» же меняет заводскую характеристику «наизнанку» – педаль начинает выдавать почти всю мощность двигателя на первой половине хода, субъективно делая машину «резкой». Некоторый эффект действительно ощутим, особенно при первом сравнении, но надо понимать, что ничего такого, чего бы нельзя было сделать ногой без применения электронной «примочки», не происходит.
Собственно говоря, программные аналоги «джеттера» давно имеются во многих автомобилях высокого класса. Там это называется переключением режимов вождения, под которыми понимается управление настройками двигателя, КПП и иногда – шасси, если в нем имеются управляемые амортизаторы. Смена режима «нормал» на «спорт» (названия могут быть иными в авто разных марок и моделей) включает в себя наряду с изменением массы других настроек и коррекцию характеристики педали газа, как это делает и «джеттер».
Заслонка изнутри
Перед нами дроссельная заслонка Volkswagen Polo Sedan. Машина приехала на сервис с жалобой на неадекватное поведение педали газа, горящий «чек» и двигатель, явно не развивающий положенную мощность. Диагностика выявила неисправность дроссельной заслонки, которая и была заменена по гарантии. Никаких более глубоких причин выхода её из строя дилерский сервис искать не стал, поскольку подобные процедуры не предусмотрены регламентом. Пользуясь случаем, на примере «приговоренной» заслонки изучим её устройство и попробуем обнаружить неисправность. Ведь гарантия сохранилась не у всех!
Снаружи на дросселе видны четыре отверстия, через которые болты притягивают дроссель к коллектору, небольшой зазор в закрытом состоянии для поступления в цилиндры воздуха в режиме холостого хода, а также логотип итальянского производителя Magneti Marelli. Кстати, одной из старейших в мире компаний, производящих автомобильную электронику.
Электронная дроссельная заслонка
Механическая связь заслонки с педалью газа уходит в историю. Вместо неё широко используется электронная дроссельная заслонка. Именно ей и посвящён новый переведенный на русский язык модуль в LCMS ELECTUDE в разделе «Автомобильные основы».
Узел электронно-управляемой дроссельной заслонки содержит привод со встроенным элементом управления. Это означает, что блок управления двигателем подает на модуль электронного управления дроссельной заслонкой сигнал для открытия дроссельной заслонки и обеспечивает достижение фактического значения количества воздуха, поступающего в двигатель для образования топливно-воздушной смеси.
Узел электронно-управляемой дроссельной заслонки состоит из следующих элементов:
- 1 привод: регулировка положения дроссельной заслонки
- 2 датчики: датчики положения дроссельной заслонки
- модуль электронного управления
Преимущество модуля электронно-управляемой дроссельной заслонки состоит в том, что модуль управления может определять оптимальное положение дроссельной заслонки согласно заданным параметрам. Также осуществляется управление холостым ходом и осуществляется круиз-контроль.
Узел дроссельной заслонки установлен во впускном тракте между датчиком массового расхода воздуха и впускным коллектором, подающим воздух к впускным клапанам.
Расположение
Узел электронно-управляемой дроссельной заслонки расположен между воздушным фильтром и впускным коллектором. При наличии массового расходомера воздуха, воздух сначала проходит через него, а затем через корпус дроссельной заслонки.
Параметры: модуль электронного управления активирует привод дроссельной заслонки. В зависимости от условий эксплуатации и сигналов датчиков блок управления двигателем определяет оптимальное положение дроссельной заслонки согласно заданным параметрам.
Таким образом, можно также легко обеспечить управление круиз-контролем блоком управления двигателем.
Компоненты
Система электронного управления дроссельной заслонкой включает в себя:
- непосредственно дроссельную заслонку,
- ось дроссельной заслонки,
- катушку,
- постоянный магнит.
Если в электрической цепи есть дефект и модуль управления дроссельной заслонкой нельзя активировать, двигатель может работать с дроссельной заслонкой в указанном положении.
Из начального положения дроссельную заслонку можно либо открыть больше, либо закрыть.
Блок управления двигателем отправляет данные о требуемом угле дроссельной заслонки в модуль управления дроссельной заслонки, который преобразует его в электрический сигнал, посылаемый на привод заслонки. Для передачи данных используется ШИМ-сигнал. Сигнал блока управления двигателем принимается на клемме C узла электронного управления дроссельной заслонки.
Сигнал ШИМ варьируется от 10% до 90% при частоте 100-300 Гц. Если сигнал находится за пределами указанных значений, дроссельная заслонка возвращается в исходное положение (угол 20º). Реверсивный ток Чтобы перевести дроссельную заслонку из исходного положения в открытое или закрытое положение, ток в катушке должен изменить свое направление (реверсирован). Для этого катушку нужно переключить обратной полярностью тока.
Изменение направления тока осуществляется путем активации выходных каскадов. Эта мостовая схема находится в блоке управления корпуса дроссельной заслонки и им же активируется.
Угол открытия дроссельной заслонки зависит от силы тока, проходящего через катушку.
Регулирование тока
Чтобы установить дроссельную заслонку в любое требуемое положение, необходимо управлять силой тока.
Блок управления может регулировать ток, проходящий через катушку, изменяя проводимость выходного каскада. Недостаток этого метода заключается в том, что выходной каскад нагревается.
Выходной каскад нельзя открыть наполовину, поэтому сила тока регулируется с коэффициентом заполнения рабочего цикла. л
Среднее значение тока достигается быстрым включением и выключением тока, что позволяет избежать перегрева выходного каскада.
Уровень тока теперь зависит от коэффициента заполнения (рабочего цикла).
Если время включения тока равняется времени выключения, то средний ток составляет 50%. В таком случае говорят, что рабочий цикл равен 50%. При рабочем цикле 100% ток включен непрерывно.
Катушка заземлена. Когда падение напряжения на выходном каскаде 4 равно 0 вольт, через катушку проходит ток.
Датчики положения дроссельной заслонки Положение дроссельной заслонки измеряется датчиками положения дроссельной заслонки. Они расположены по боковым сторонам корпуса дроссельной заслонки.
Согласно условиям безопасности должно быть установлено два датчика положения дроссельной заслонки, каждый со своим собственным сигналом.
Модуль управления электронно-управляемой дроссельной заслонки непрерывно сравнивает оба сигнала, чтобы точно определять фактическое положение заслонки.
Если сигналы от двух датчиков сообщают разную информацию, модуль управления узлом дроссельной заслонки останавливает управление заслонкой и передает код ошибки в блок управления двигателем.
Управление увеличением подачи воздуха прекращается, но, благодаря исходному положению заслонки под углом 20°, двигатель работает с увеличенной скоростью холостого хода, и водитель получает возможность осторожно доехать до мастерской.
Датчик положения дроссельной заслонки состоит из резистивной дорожки и ползунка.
Ось дроссельной заслонки приводит ползунок в движение.
Резистивная дорожка получает напряжение постоянного тока. Часть этого напряжения передается на ползунок.
Величина напряжения на ползунке зависит от точки, в которой он соприкасается с резистивной дорожкой.
Напряжение на ползунке (измерительном стержне) зависит от положения, при котором он касается резистивной дорожки. Когда заслонка открывается, измерительный стержень перемещается по резистивной дорожке.
Поскольку принцип работы обоих датчиков одинаковый, в этом уроке мы рассмотрим только один датчик, а именно датчик на стороне привода дроссельной заслонки.
Когда угол открытия дроссельной заслонки составляет 0º, измерительный стержень находится рядом с отрицательной клеммой резистивной дорожки. Напряжение составляет примерно 0,5 вольт.
Когда угол открытия дроссельной заслонки увеличивается, напряжение на измерительном стержне (ползунке) также увеличивается. Когда заслонка полностью открыта, напряжение составляет примерно 4,5 вольт.
Управление
После изучения работы отдельных компонентов узла электронно-управляемой дроссельной заслонки, можно переходить к элементам управления.
Блок управления двигателем отправляет сигнал ШИМ о требуемом положении дроссельной заслонки на модуль управления дроссельной заслонкой.
Модуль управления дроссельной заслонкой преобразует полученную информацию в сигналы активации схемы выходных каскадов. Выходные каскады переключают ток, протекающий через катушку, и тем самым регулируется положение дроссельной заслонки.
Датчики положения дроссельной заслонки передают информацию о текущем положении заслонки на блок управления дроссельной заслонкой. Разница между фактическим и заданным значением угла открытия дроссельной заслонки определяет необходимость активации привода управления дроссельной заслонки.
Приобретайте лизензии и модули к электронному обучающему продукту «Автомобильные основы». Получайте доступ к модулям, тестам и симулятору в LMS ELECTUDE. Изучите работу всех систем механизмов, процессы эксплуатации и обслуживания современных транспортных средств. С платформой ELECTUDЕ это по силам в удобной дистанционной форме.
Доступ к сервису временно запрещён
С вашего IP-адреса одновременно поступает очень много запросов.
Такое поведение показалось подозрительным, поэтому мы временно закрыли доступ к сайту.
Возможно, на вашем устройстве есть программы, которые отправляют запросы без вашего ведома.
Что мне делать?
Напишите в службу поддержки через форму обратной связи.
Подробно опишите ситуацию — поможем разобраться, что случилось, и подскажем, как действовать дальше.