Interfejs danych szeregowych GMLAN
Sieć lokalna General Motors (GMLAN) pojazdu to rodzina magistrali komunikacyjnych (podsieci) umożliwiających sterowanie urządzeniami elektronicznymi (ECU lub węzły) utrzymywać komunikację między sobą lub z testerem diagnostycznym.
GMLAN obsługuje trzy magistrale: szybką magistralę dwuprzewodową, średnią magistralę dwuprzewodową i jednoprzewodową magistralę wolnoobrotową.
- Opona do dużych prędkości (500 kbps) - zwykle używane do udostępniania danych w czasie rzeczywistym, takich jak moment obrotowy określony przez kierowcę, rzeczywisty moment obrotowy silnika, kąt skrętu itp.
- Opona średniej prędkości (około 95,2 kbps) - zwykle używane do wsparcia informacyjnego (wyświetlacz, nawigacja, itp.), gdy czas reakcji systemu wymaga przesłania dużej ilości danych w stosunkowo krótkim czasie, np. w celu uaktualnienia wyświetlanych informacji graficznych.
- Opona wolnoobrotowa (33,33 kbps) - używane zazwyczaj w przypadku urządzeń sterowanych przez sterownik, gdzie wymagany jest czas reakcji systemu wynoszący około 100–200 ms. Magistrala ta obsługuje także pracę z dużą prędkością na poziomie 83,33 kbps, wykorzystywaną wyłącznie podczas przeprogramowywania sterownika ECU.
Decyzja o zastosowaniu konkretnej opony w konkretnym pojeździe zależy od sposobu rozdzielenia funkcji pomiędzy różne elementy sterujące w tym pojeździe. Magistrale GMLAN wykorzystują protokół komunikacyjny CAN (Controller Area Network). Dane są pakowane w wiadomości CAN, które są segmentowane w "ramki" CAN. Każda ramka CAN zawiera dane nagłówkowe (znany również jako identyfikator CAN lub CANId) i maksymalnie osiem (8) bajtów danych. Wiadomość może składać się z jednej lub wielu ramek, w zależności od liczby bajtów danych definiujących całą wiadomość. Arbitraż kanału ma miejsce tylko w części nagłówkowej, czyli CANId, ramki.
Opis sterownika elektronicznego układu zarządzania silnikiem (ECM)
Elektrownia wyposażona jest w elektroniczne systemy sterowania, których zadaniem jest redukcja emisji spalin przy jednoczesnym zachowaniu doskonałych osiągów i oszczędności paliwa. Moduł sterujący silnikiem (ECM) stanowi centrum sterowania systemem. Moduł ECM steruje wieloma funkcjami silnika i pojazdu. Moduł ECM stale odbiera informacje z różnych czujników i innych źródeł danych oraz steruje układami, które mają wpływ na osiągi pojazdu i emisję spalin. Ponadto ECM wykonuje testy diagnostyczne różnych części systemu. Moduł ECM może wykrywać usterki i ostrzegać kierowcę za pomocą lampki kontrolnej awarii (MIL). Gdy zostanie wykryta usterka, moduł ECM zapisuje kod diagnostyczny błędu (DTC) identyfikujący układ, w którym wystąpiła usterka. Kontroler dostarcza buforowane zasilanie do różnych czujników i przełączników. Aby ustalić, które systemy są sterowane przez ECM, konieczne jest zbadanie podzespołów i schematów elektrycznych.
Działanie kontrolki awarii (MIL)
Kontrolka awarii (MIL) znajduje się na zestawie wskaźników. Kontrolka MIL sygnalizuje wystąpienie usterki związanej z emisją spalin.
Opis systemu monitorowania położenia pedału przyspieszenia (APP)
Układ położenia pedału przyspieszenia (APP) wraz z elektronicznymi systemami pojazdu i innymi komponentami służy do obliczania i kontrolowania wielkości przyspieszania i zwalniania poprzez sterowanie wtryskiem paliwa. Eliminuje to konieczność stosowania połączenia mechanicznego za pomocą kabla między pedałem przyspieszenia a układem wtrysku paliwa.
W skład systemu APP wchodzą między innymi następujące węzły:
- Zespół czujnika położenia pedału przyspieszenia (APP)
- Kontroler elektronicznego systemu zarządzania silnikiem (EEMS)
Czujnik położenia pedału przyspieszenia (APP)
Czujnik położenia pedału przyspieszenia (APP) znajduje się na zespole pedału przyspieszenia. Czujnik składa się z 2 oddzielnych czujników umieszczonych w jednej obudowie. Czujnik położenia pedału przyspieszenia komunikuje się z modułem ECM za pomocą dwóch oddzielnych obwodów sygnałowych: niskiego napięcia odniesienia i napięcia odniesienia 5 V. Każdy czujnik spełnia swoją funkcję, określając położenie pedału. Moduł ECM używa czujnika APP do określenia stopnia przyspieszenia lub zwolnienia, jaki jest potrzebny kierowcy pojazdu. Napięcie z czujnika APP 1 wzrasta po naciśnięciu pedału przyspieszenia od ok. 1,0 V przy 0% skoku pedału do 4,0 V przy 100% skoku pedału. Napięcie z czujnika APP 2 wzrasta od ok. 0,5 V przy 0% skoku pedału do 2,0 V przy 100% skoku pedału.
Opis układu paliwowego
Układ paliwowy tego pojazdu składa się z następujących elementów:
- Obwód niskiego ciśnienia
- Rury i węże zasilające i powrotne
- Blok rozdzielczy paliwa powrotnego
- Zbiornik paliwa
- Pompa paliwowa
- Czujniki poziomu paliwa
- Filtr paliwa/ogrzewanie
- Czujnik wody w paliwie (WIF)
- Obwód wysokiego ciśnienia
- Pompa paliwa wysokociśnieniowa z jednostką dozującą
- Szyna paliwowa (Common Rail)
- Czujnik ciśnienia w listwie paliwowej (FRP)
- Wtryskiwacze paliwa
- Regulator ciśnienia w listwie paliwowej (FRP)
Czujnik poziomu paliwa
Czujnik poziomu paliwa składa się z pływaka, ramienia pływaka i płytki rezystora ceramicznego. Poziom paliwa określany jest przez położenie dźwigni pływaka. Czujnik poziomu paliwa zawiera rezystor zmienny, którego rezystancja zmienia się w zależności od ilości paliwa pozostałego w zbiorniku. Informacje o poziomie paliwa są przesyłane ze sterownika układu sterowania silnikiem (ECM) do zestawu wskaźników (IPC). Informacje te służą do wyświetlania wskaźnika paliwa na desce rozdzielczej oraz kontrolki ostrzegawczej niskiego poziomu paliwa (jeśli dostępne). Ponadto sygnał z czujnika poziomu paliwa jest wykorzystywany przez moduł ECM do różnych funkcji diagnostycznych.
Pompa paliwowa
Główna pompa paliwowa znajduje się w lewej połowie zbiornika paliwa. Zasilanie tej pompy paliwa odbywa się za pośrednictwem przekaźnika pompy paliwa sterowanego przez moduł ECM. Paliwo jest pompowane ze zbiornika do pompy paliwa wysokiego ciśnienia.
Pompa paliwa wysokiego ciśnienia (CP1H)
Pompa paliwa wysokociśnieniowego CP1H firmy BOSCH stosowana jest w silniku wysokoprężnym Z20S. Pompa ta jest udoskonaloną wersją modelu CP1. Pompa ta wytwarza w listwie paliwowej ciśnienie do 1600 barów. Osiągnięto to poprzez wzmocnienie napędu, udoskonalenie zespołów zaworowych i podjęcie działań mających na celu zwiększenie wytrzymałości korpusu. Aby zapewnić odpowiednią podaż paliwa, pompa została zaprojektowana tak, aby jej całkowita wydajność wynosiła 160 l/h.
Wymaganą wydajność pompy można płynnie regulować za pomocą napędzanego elektrycznie zespołu dozującego, umieszczonego na pompie paliwa wysokociśnieniowego. Zawór ten reguluje ilość paliwa dostarczanego do listwy zależnie od potrzeb układu. Ten typ sterowania dopływem paliwa nie tylko zmniejsza zapotrzebowanie pompy na energię, ale również obniża maksymalną temperaturę paliwa. Ciśnienie wlotowe niezbędne do działania pompy paliwa wysokociśnieniowego dostarczane jest przez elektryczną pompę paliwową, umieszczoną na zbiorniku paliwa. Nadmiar paliwa z pompy paliwa wysokociśnieniowego powraca do zbiornika paliwa przez przewód powrotny paliwa.
Pompa paliwa wysokiego ciśnienia jest pompą tłokową o potrójnym działaniu. Łączy obwody paliwowe niskiego i wysokiego ciśnienia. Pompa napędzana jest przez silnik za pośrednictwem paska rozrządu.
Zespół filtra paliwa
Zespół filtra paliwa składa się z obudowy filtra paliwa, elementu filtrującego, czujnika obecności wody w paliwie, podgrzewacza paliwa i czujnika temperatury paliwa. Element filtrujący zatrzymuje zawarte w paliwie cząsteczki, które mogą uszkodzić układ wtrysku paliwa. Czujnik temperatury paliwa wysyła sygnał do modułu ECM, który wydaje polecenie podgrzania paliwa za pomocą podgrzewacza paliwa. Czujnik obecności wody w paliwie wykrywa obecność wody w obudowie filtra paliwa.
Przewody paliwowe zasilające i powrotne
Paliwo jest dostarczane ze zbiornika do pompy paliwa wysokociśnieniowego za pomocą przewodów paliwowych. Przewody powrotne paliwa odprowadzają paliwo z rozdzielacza paliwa powrotnego z powrotem do zbiornika paliwa.
Zespoły listew paliwowych
Zespół listwy paliwowej rozprowadza paliwo pod ciśnieniem przez przewody paliwowe do wtryskiwaczy paliwa.
Zespół listwy paliwowej składa się z następujących części:
- Szyna paliwowa (Common Rail)
- Czujnik ciśnienia w listwie paliwowej (FRP)
- Regulator ciśnienia w listwie paliwowej (FRP)
Czujnik ciśnienia paliwa przesyła informacje o ciśnieniu paliwa do modułu ECM. Moduł ECM wykorzystuje te informacje do regulacji ciśnienia paliwa, wydając polecenie otwarcia lub zamknięcia regulatora ciśnienia paliwa razem z jednostką dozującą na wlocie pompy paliwa wysokiego ciśnienia.
Wtryskiwacze paliwa
Wtryskiwacz paliwa to urządzenie elektromagnetyczne sterowane przez moduł ECM, które dozuje sprężone paliwo do poszczególnych cylindrów silnika. Moduł ECM dostarcza napięcie do elektromagnesu wtryskiwacza o niskiej impedancji w celu otwarcia zaworu normalnie zamkniętego. Paliwo jest uwalniane pod ciśnieniem przez iglicę wtryskiwacza paliwa i wraca do zbiornika paliwa przez przewody powrotne paliwa. Różnica ciśnienia paliwa nad i pod igłą powoduje jej otwarcie. Paliwo z końcówki wtryskiwacza paliwa jest rozpylane bezpośrednio do komory spalania podczas suwu sprężania silnika.
Opis układu świec żarowych
W silniku Diesla w cylindrze sprężane jest tylko powietrze. Następnie, po sprężeniu powietrza, część paliwa zostaje rozpylona do cylindra i w wyniku nagrzania podczas sprężania następuje zapłon. Aby ułatwić rozruch silnika, zastosowano cztery świece żarowe.
Świece żarowe są sterowane przez sterownik świec żarowych (GCU), a osiągnięcie temperatury 1000°C (1832°F) zajmuje im nie więcej niż 3 sekundy. Temperatura i pobór mocy są kontrolowane wspólnie przez ECM i GCU w szerokim zakresie, aby osiągnąć warunki wstępnego podgrzania silnika. Do każdej świecy żarowej prąd jest dostarczany osobno. Urządzenie to zapewnia optymalny czas nagrzewania świec żarowych, a czas nagrzewania wstępnego można skrócić do minimum, co skraca czas rozruchu i wydłuża żywotność świec żarowych.
Czas początkowej aktywacji świecy żarowej zmienia się w zależności od napięcia i temperatury układu. W niskich temperaturach czas włączania wydłuża się.
Świece żarowe
Świece żarowe to grzałki w każdym cylindrze, które pracują przy napięciu 4,4 V. Są one aktywowane i sterowane za pomocą sygnału o modulacji szerokości impulsu, gdy kluczyk zapłonu zostanie przekręcony do pozycji RUN przed uruchomieniem silnika. Przez jakiś czas po uruchomieniu pracują w trybie pulsacyjnym, a następnie wyłączają się.
Kontrolka świec żarowych na desce rozdzielczej informuje o warunkach uruchomienia silnika. Kontrolka świec zapłonowych nie świeci się, gdy świece żarowe działają po uruchomieniu silnika.
Sterownik świec żarowych (GCU)
Sterownik świec żarowych to urządzenie półprzewodnikowe sterujące świecami żarowymi. Kontroler GCU podłączony jest do następujących obwodów:
- Obwód napięcia zapłonu 1.
- Obwód napięcia akumulatora.
- Diagnostyczna łańcuch, położona pomiędzy sterownikiem ECM i sterownikiem świec żarowych.
- Łańcuch uziemienia silnika.
- Obwody zasilania świec żarowych znajdują się pomiędzy sterownikiem świec żarowych a samymi świecami żarowymi.
Opis układu recyrkulacji spalin (EGR)
Układ recyrkulacji spalin (EGR) służy do redukcji zawartości tlenków azotu (NOx) w spalinach powstających przy wysokich temperaturach spalania. Osiąga się to poprzez wprowadzenie niewielkiej ilości spalin z powrotem do komory spalania. Spaliny pochłaniają część energii cieplnej powstającej w trakcie spalania, obniżając w ten sposób temperaturę spalania. Układ EGR działa tylko w określonych warunkach temperatury, ciśnienia atmosferycznego i obciążenia silnika, aby zapobiec pogorszeniu osiągów pojazdu i zwiększyć moc silnika.
Układ EGR składa się z następujących podzespołów:
- Zawór EGR - Zawór EGR posiada napęd podciśnieniowy. Zawór EGR służy do kierowania spalin z układu wydechowego do kolektora dolotowego w celu recyrkulacji podczas procesu spalania.
- Pompa próżniowa - Podciśnienie dla siłownika podciśnienia zaworu EGR wytwarzane jest przez mechaniczną pompę napędzaną wałkiem rozrządu, zwaną pompą próżniową. Pompa próżniowa pracuje ciągle, gdy silnik pracuje.
- Zawór elektromagnetyczny sterujący siłownikiem podciśnieniowym zaworu EGR - Elektrozawór sterujący podciśnieniowym zaworem EGR znajduje się w układzie sterowania podciśnieniem EGR, pomiędzy pompą próżniową a zaworem EGR. Moduł ECM wysyła sygnał modulacji szerokości impulsu (PWM) do obwodu uziemienia elektromagnesu siłownika podciśnienia zaworu EGR, aby otworzyć zawór EGR do żądanej pozycji, wykorzystując dozowaną ilość podciśnienia z pompy próżniowej. Elektrozawór sterujący podciśnieniowym siłownikiem zaworu EGR jest zasilany napięciem zapłonowym poprzez obwód napięcia zapłonowego 1 z przekaźnika głównego. Zawór elektromagnetyczny sterujący napędem podciśnieniowym zaworu EGR jest typu normalnie zamkniętego.
- Sterowanie siłownikiem przepustnicy EGR - Silniki Diesla nie wytwarzają wystarczającego podciśnienia, aby umożliwić samoistne włączenie się gazów spalinowych do procesu spalania. Gdy przepustnica EGR jest zamknięta, uniemożliwia przedostanie się świeżego powietrza do silnika, powodując wytworzenie się podciśnienia w silniku. Gdy moduł ECM wydaje polecenie otwarcia zaworu EGR, przepustnica EGR otrzymuje polecenie zamknięcia. Przepustnica EGR jest typu normalnie otwartego.
- Czujnik MAF - Czujnik MAF (przepływ masowy powietrza) znajduje się w układzie dolotowym powietrza pomiędzy filtrem powietrza a portem wylotowym zaworu EGR. Moduł ECM wykorzystuje sygnał z czujnika masowego przepływu powietrza (MAF) w celu obliczenia rzeczywistego natężenia przepływu spalin recyrkulowanych do kolektora dolotowego. Gdy zawór EGR jest otwarty, wartość MAF spada.
- Chłodnica EGR - Płyn chłodzący silnik przepływa przez chłodnicę EGR, aby obniżyć temperaturę spalin przed ich dotarciem do zaworu EGR i kolektora dolotowego.
Opis układu turbodoładowania
Turbosprężarka zwiększa moc silnika poprzez dostarczanie sprężonego powietrza do komór spalania, co powoduje spalenie większej ilości paliwa i uzyskanie optymalnej mieszanki paliwowo-powietrznej. W konwencjonalnej turbosprężarce, turbina obraca się dzięki gazom spalinowym z silnika uderzającym w łopatki turbiny. Powoduje to obrót koła sprężarki znajdującego się na przeciwległym końcu wału turbiny, co powoduje pompowanie większej ilości powietrza do układu dolotowego.
W turbosprężarce tego pojazdu położenie łopatek turbiny jest sterowane przez moduł sterowania silnikiem (ECM), regulując w ten sposób ciśnienie doładowania turbosprężarki. Dzięki temu ciśnienie doładowania można regulować niezależnie od prędkości obrotowej silnika. Łopatki zamontowane są na wspólnym pierścieniu, który można obracać, zmieniając kąt nachylenia łopatek. Moduł ECM zmienia doładowanie w zależności od obciążenia silnika.
Opis układu filtra cząstek stałych (DPF)
System oczyszczania spalin silnika diesla składa się z umieszczonego w komorze silnika rozruchowego katalizatora (precat) i katalizator, znajdującego się pod karoserią (głównego diesla katalizatora oksydacyjnego + filtra cząstek stałych z powłoką).
Układy sterowania silnikiem i oczyszczania spalin mają na celu redukcję zawartości szkodliwych substancji, takich jak węglowodory (HC) i tlenek węgla (CO) w spalinach, a także cząstek stałych (sadza), aby spełnić dzisiejsze, rygorystyczne normy dotyczące toksyczności spalin.
Filtr cząstek stałych wykonany jest z węglika krzemu i pokryty szlachetnym metalem. Jego zadaniem jest redukcja węglowodorów (HC) i tlenku węgla (CO) oraz wychwytywanie cząstek stałych zawartych w spalinach silnika, co pozwala ograniczyć emisję sadzy do atmosfery. Cząsteczki sadzy gromadzą się w kanałach filtra oleju napędowego i są regularnie wypalane (w procesie zwanym "regeneracją"), co zapobiega zatykaniu się filtra. Nadmierne nagromadzenie się sadzy w filtrze może spowodować utratę mocy silnika i uszkodzenie filtra podczas regeneracji. Aby zwiększyć temperaturę spalin podczas regeneracji, do filtra wtryskiwana jest dodatkowa porcja paliwa za pomocą wielu wtryskiwaczy. W tym czasie temperatura w filtrze DPF wzrasta do około 600°C, a nagromadzona sadza utlenia się lub spala, zamieniając się w dwutlenek węgla (CO₂).
Rurki ciśnieniowe podłączone do czujnika różnicy ciśnień służą do pomiaru poziomu osadów sadzy w powlekanym filtrze cząstek stałych silnika Diesla i chronią silnik, inicjując proces regeneracji w momencie osiągnięcia krytycznego poziomu osadów sadzy.
Prekatalizator w komorze silnika (precat) i główny katalizator silnika wysokoprężnego (DOC) pokryte są metalem szlachetnym i służą do redukcji zawartości węglowodorów (HC) i tlenku węgla (CO) w spalinach. Ponadto w trakcie regeneracji jednostki te przyczyniają się do wzrostu temperatury spalin poprzez spalanie dodatkowo wtryskiwanego paliwa. Dodatkowy wtrysk paliwa do cylindrów pozwala na przeprowadzenie regeneracji w każdych warunkach pracy silnika oraz przy dowolnych wartościach temperatury i ciśnienia zewnętrznego. Proces regeneracji przebiega płynnie i zazwyczaj jest niezauważalny dla kierowcy pojazdu.
Oryginalnym źródłem artykułu jest strona internetowa «chevyman.ru»