Системы управления ДВС MS43(M54)

Новшества MS43

Краткое описание электронного блока управления
Из-за более строгих требований, предъявляемых к уровню токсичности ОГ, и с целью улучшения динамических показателей система MS42 управления двигателем заменена системой MS43.
MS43 представляет собой двухпроцессорный одноплатный электронный блок управления (ЭБУ) в корпусе с однорядным расположением выводов, где второй процессор выполняет контрольные функции.
Для хранения программы, сообщений о неисправностях и корректировочных данных используется сегментированное флэш-СППЗУ (Flash-EPROM). Блок управления имеет 5 разъемов, с помощью которых он соединяется с жгутом проводов двигателя.

Рис. 1. Блок управления MS43

Обозначение	Пояснение
Разъем Х60001	питание
Разъем Х60002	периферийные сигналы
Разъем Х60003	сигналы двигателя
Разъем Х60004	сигналы автомобиля
Разъем Х60005	сигналы зажигания

Для всех вариантов двигателя М54 моделей Е36/7, Е46, Е39 и Е53 используется унифицированный блок MS43, который программируется для использования с конкретным вариантом.

Схема MS43

КОМПОНЕНТЫ

Датчики
- датчик положения педали (PWG) или модуль педали акселератора (FPM)
- потенциометры обратной связи EDK
- датчик положения коленчатого вала
- датчик положения распредвала
- датчик температуры охлаждающей жидкости
- датчик температуры на выходе охлаждающей жидкости
- датчик температуры масла в двигателе
- датчик температуры всасываемого воздуха
- термоанемометрический расходомер воздуха
- датчики детонации
- шунт контроля цепей системы зажигания
- лямбда-зонды
- встроенный датчик давления окружающей среды
Исполнительные механизмы
- дроссельная заслонка с электроприводом (EDK)
- регулятор холостого хода (ZWD 5)
- модуль диагностики течи в топливном баке (DMTL)
- резонансная выпускная заслонка (AKL)
- клапан вентиляции топливного бака (TEV)
- раздельная система всасывания (DISA)
- система подачи добавочного воздуха (SLV/SLP)
- электромагнитные клапаны системы VANOS
- форсунки
- электровентилятор
- катушки зажигания
- программируемый термостат

Выключатели
- выключатель зажигания и стартера (ZAS)
- выключатель проверки стоп-сигналов (BLTS)
- выключатель стоп-сигналов (BLS)
- выключатель сцепления (KS)
Реле
- главное реле (HR)
- топливный электронасос (ЕКР)
- разфузочное реле контакта 15
- реле компрессора кондиционера (KOREL)
- реле нагнетателя добавочного воздуха
Интерфейсы
- система поддержания заданной скорости (FGR)
- электронная противоугонная система (EWS 3.3)
- шина CAN
- ASC
- диагностическое соединение
Примечание Ниже описываются только новые или претерпевшие изменения функции, детали и узлы.
- датчик положения педали / модуль педали акселератора
- дроссельная заслонка с электроприводом
- оптимизация токсичности ОГ при глушении двигателя
- модуль диагностики течи в топливном баке

Описание функционирования

PWG / FPM
Общие положения
Для определения задаваемого водителем положения педали акселератора (далее по тексту „задаваемая нагрузка") используется двухканальная система датчиков.
По мере технического усовершенствования и с учетом срока службы конкретной модели в системе MS43 используется два варианта датчика.


Рис. 3. Слева - PWG, справа - FPM
1. Датчик положения педали (PWG) с двумя потенциометрами на моделях Z3 и Z3 купе.
2. Модуль педали акселератора (FPM) с двумя датчиками Холла на всех остальных моделях

При воздействии на педаль акселератора, оба канала синхронно и независимо друг от друга подают электрический сигнал. Выходные напряжения при этом имеют определенное соотношение.


Рис. 4. Диаграмма напряжений датчиков задаваемой нагрузки

Обозначение	Пояснение
Выходное напряжение	выходное напряжение PWM или FPM
Угол датчика	угол датчика в %
U max	максимальное напряжение канала 1
U max	максимальное напряжение канала 2
U min	минимальное напряжение канала 1
U min2	минимальное напряжение канала 2

Независимость каналов обеспечивает высокую надежность системы. В ЭБУ узел проверки на правдоподобность контролирует сигналы обоих датчиков и напряжение их питания.
По сигналу канала 1 определяется задаваемая нагрузка. Канал 1 также отвечает за распознавание режима Kick-Down. Режим Kick-Down распознается, когда напряжение сигнала датчика становится > 4,3 В.
В случае неисправности происходит переключение на канал 2, что ведет к ограничению динамических показателей.

Примечание
Модули педали акселератора для автомобилей с механической и с автоматической КПП имеют разную конструкцию. У варианта для АКПП имеется чувствительный порог переключения (= сигнал датчика > 4,3 В) для распознавания режима Kick-Down.

Возможные неисправности / Последствия
Одинарная неисправность (неисправен один из двух каналов) Одинарные неисправности ведут к ограничению динамических показателей, то есть задаваемая нагрузка линейно уменьшается, и двигатель реагирует на педаль акселератора с задержкой. Предел ограничения мощности составляет 40 %.
Включается контрольная лампа EML, а на комбинации приборов High появляется текстовое сообщение.

Двойная неисправность (вышли из строя оба канала)
Частота вращения коленвала на холостом ходу ограничивается значением 1500 об/мин. При нажатии на педаль тормоза она устанавливается на уровне 650 об/мин.
Включается контрольная лампа EML, или появляется сообщение в комбинации приборов High. Дополнительно включается контрольная лампа MIL

Ошибка сравнения (сравнивается изменение напряжения обоих каналов)
Если во время такой проверки (для проверки показатели второго канала умножаются на коэффициент 2) диаграммы напряжений каналов сильно различаются, то в качестве задаваемой нагрузки автоматически принимается меньшее значение.

Рис. 5. Диаграмма ошибки сравнения
Особенность
Добавилась еще одна функция контроля, которая распознает заедание датчиков задаваемой нагрузки. Она заключается в следующем:
Если задаваемая нагрузка остается неизменной более 2 секунд, и одновременно в течение 1 с распознается наличие сигнала от выключателя стоп-сигналов, то MS43 расценивает такое состояние как неправдоподобное. Нагрузка линейно снижается.

"Неизменный" означает: Изменение положения педали акселератора составляет < 0,4°.

Необходимые условия:
- частота вращения > 1300 об/мин
- задаваемая нагрузка > 12° (угол педали)
- скорость > 7 км/ч

Дроссельная заслонка с электроприводом (EDK)

Общие положения
Исходя из информации о задаваемой нагрузке и команд таких систем, как ASC, DSC, MSR, EGS и т.д., рассчитывается угол открытия дроссельной заслонки.
Через цифровой регулятор ЭБУ серводвигатель дроссельной заслонки получает сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Крутящий момент двигателя через редуктор открывает дроссельную заслонку на требуемый угол.
О текущем положении дроссельной заслонки сообщают два потенциометра (обратной связи), выходные напряжения которых изменяются обратно пропорционально друг другу.
Они расположены в корпусе дроссельной заслонки.

Предварительное управление наполнением
Для оптимизации уровня токсичности ОГ в нижнем диапазоне нагрузки дроссельная заслонка закрывается по сигналу ШИМ. Управление наполнением в этом диапазоне осуществляется исключительно регулятором холостого хода. Если задаваемая нагрузка превышает определенное значение, то дроссельная заслонка открывается для оптимального наполнения наружным воздухом.

Рис. 7. Предварительное управление наполнением через EDK и регулятор холостого хода

Обозначение	Пояснение
ISAPWM (LLFS)	управление наполнением на холостом ходу; через регулятор холостого хода ZWD 5
PVS AV (PWGJST)	сигнал педали акселератора; задаваемая нагрузка в виде сигнала потенциометра /датчика Холла
TPS AV (EDK)	графическая характеристика EDK в виде отношения угла открытия дроссельной заслонки в % к задаваемой нагрузке в градусах
MTCPWM (TAEDK)	скважность импульса дроссельной заслонки в %
PWGJST	угол открытия дроссельной заслонки в градусах от 0 до 90
DK%	скважность импульса в % от -40 до 120

Диагностика EDK
Диагностика MS43 может распознавать как электрические, так и механические неисправности дроссельной заслонки.

Распознавание электрических неисправностей
Для распознавания неисправностей используются два потенциометра, выходные напряжения которых изменяются обратно пропорционально друг другу. При диагностике различаются два характера неисправности:
- одинарная неисправность
- двойная неисправность
В зависимости от характера неисправности используются различные аварийные программы.

Одинарная неисправность
Положение дроссельной заслонки в первую очередь распознается с помощью потенциометра 1 (DKG1) и проверяется на правдоподобность с помощью потенциометра 2 (DKG2).
Если значение потенциометра выходит за границы допустимого диапазона (короткое замыкание, переходное сопротивление, и т.д.), угол открытия дроссельной заслонки ограничивается до max. 20°, что в свою очередь ограничивает динамические показатели автомобиля.

Если при сравнении напряжений двух потенциометров появляется ошибка, то для распознавания неисправного потенциометра сигналы подтверждения проверяются на правдоподобность с помощью сигнала термоанемометрического расходомера. В этом случае угол открытия дроссельной заслонки ограничивается значением 20°, то есть динамические показатели автомобиля также ограничиваются.

Рис. 8. Датчики дроссельной заслонки 1 и 2

Двойная неисправность
Выход из строя обоих потенциометров делает невозможным распознавание положения дроссельной заслонки.
MS43 отключает EDK. Под действием пружины заслонка находится в положении аварийной подачи воздуха. Включается функция аварийного прекращения подачи топлива (SKA), впрыск отключается, и тем самым предел частоты вращения коленвала составляет 1300 об/мин.
Этот очень некомфортный аварийный режим служит исключительно для того, чтобы покинуть опасную зону, а не для поездок на большие расстояния

Распознавание механических неисправностей
Тугой ход дроссельной заслонки или ее заедание распознаются цифровым регулятором в ЭБУ.

Рис. 9. График распознавания механических неисправностей
Проверка
В зависимости от задаваемой нагрузки и частоты вращения рассчитывается точное положение дроссельной заслонки (DK° заданное). Для удержания заслонки в этом положении цифровой регулятор должен подать на нее рассчитанный управляющий сигнал ШИМ (1).
Изменение задаваемой нагрузки (2) всегда означает изменение заданного положения DK° (3). Чтобы дроссельная заслонка приняла новое заданное положение, цифровой регулятор должен теперь подать на серводвигатель заслонки импульс с другой скважностью.
Чтобы изменение положения заслонки происходило в предельно короткое время, цифровой регулятор кратковременно подает на серводвигатель управляющий импульс со скважностью 100 % (4) (момент трогания дроссельной заслонки). После этого широтно-импульсной модуляцией осуществляется возврат к рассчитанной скважности (5).
Благодаря такой активизации дроссельная заслонка в течение определенного временного отрезка (6) занимает новое требуемое положение. Изменение положения распознается с помощью потенциометров обратной связи.
При выходе за пределы этого временного отрезка дроссельная заслонка считается тугой, а если сообщение об изменении положения вообще отсутствует, то предполагается наличие заедания.

Последствие неисправности
Если был распознан тугой ход дроссельной заслонки, то заслонка возвращается в базовое положение. Система находится в состоянии аварийной подачи воздуха. Регулировкой впрыска частота вращения ограничивается значением 1300 об/мин, подача воздуха регулируется регулятором холостого хода (ZWD5).
Если было распознано заедание дроссельной заслонки, то регулировка заслонки выключается, и активизируется SKA.

Коррекция дроссельной заслонки
По причине допусков, существующих при изготовлении, блок управления MS43 должен заучить основные значения потенциометров дроссельной заслонки.
Во время установленного процесса происходит коррекция напряжений потенциометров для нижнего механического упора дроссельной заслонки, а также для аварийного положения дроссельной заслонки, которое та занимает под действием пружины. Верхний механический упор заслонки не запоминается, так как он находится выше электрического упора, включая допуск.
Запомненный нижний упор дроссельной заслонки служит в качестве опорного значения для расчета ее положения.
Оба запомненных значения сохраняются в энергонезависимом ЗУ блока управления.

Коррекцию необходимо производить в следующем случае
- после замены компонентов (EDK или ЭБУ);
- если при проверке аварийного положения система устанавливает наличие отклонения;
- если значения напряжения потенциометров 1 и/или 2 находятся за пределами допуска;
- если предыдущий режим запоминания был не полностью завершен или прошел с ошибкой;
- если значения коррекции были стерты с помощью тестера;
- если в энергонезависимом ЗУ распознается ошибка контрольной суммы.
Условия коррекции
- контакт 15 вкл.
- напряжение аккумуляторной батареи > 10 В
- частота вращения < 32 об/мин
- скорость < 2 км/ч
- температура всасываемого воздуха > -10,5 ° С
- температура охлаждающей жидкости < 142,5 °С; > -10,5 °С
- отсутствуют сообщения о неисправностях, касающиеся EDK
- аварийный режим и SKA не активизированы
Соблюдение условий коррекции проверяется в начале и в течение всего процесса коррекции.


Выполнение коррекции
Коррекция EDK, как правило, выполняется системой автоматически. Ее также можно запустить с помощью тестера.

Примечание: на тестере коррекцию EDK нельзя выбрать отдельно, то есть стираются все значения коррекции, например, коррекции состава смеси, частоты вращения холостого хода, сегментное время распознавания пропусков воспламенения и т.д.

Предупреждение: необходима поездка для установки корректировочных значений.
Порядок, касающийся коррекции EDK, в обоих случаях идентичен.

Коррекция после замены блока управления MS43
При установке нового ЭБУ после программирования необходимо выполнить коррекцию EDK. После включения контакта 15 ЭБУ распознает, что значения коррекции еще не сохранены в ЗУ (самый первый запуск) и автоматически запускает коррекцию. Коррекция EDK занимает 5-10 с.
Примечание: При первом запуске после программирования дождитесь, пока указанное выше время не истечет. Не трогайте раньше времени ключ зажигания.
Рис. 11. Схематическое изображение процесса коррекции

Обозначение	Пояснение
I	проверка аварийного положения
II	запоминание аварийного положения
III	проверка пружины (в направлении закрывания)
IV	запоминание другого упора и проверка пружины (в направлении открывания)
V	проверка аварийного положения

Коррекция после замены EDK
При замене дроссельной заслонке из-за допусков при изготовлении ЭБУ может обнаружить отклонение от сохраненных в ЗУ значений (значений коррекции старой заслонки). В этом случае ЭБУ автоматически запускает коррекцию EDK.

Постоянная проверка EDK
При каждом запуске, прежде чем будет разрешен впрыск, проверяется аварийное положение при отключенном выходном каскаде. При этом текущее значение сравнивается со значением, хранящимся в памяти ЭБУ. Только после положительной оценки дается разрешение на впрыск. Если непосредственно после этого водитель не запускает двигатель, то система выполняет проверку возвратной пружины заслонки.

Проверка пружины
Значительно увеличивает надежность новая проверка пружины в дроссельной заслонке. В ходе теста проверяется функционирование механики заслонки и ее возвратная пружина.
Серводвигатель активизируется, и заслонка по одному разу закрывается и открывается на определенный угол.
Обесточиванием выходного каскада дроссельная заслонка возвращается под действием пружины в аварийное положение. Посредством оценки времени, которое прошло до момента занятия дроссельной заслонкой аварийного положения, и значения напряжения, которое соответствует этому положению, можно судить о функционировании механических деталей заслонки.

Запуск прерывает проверку пружины.
Примечание: В зависимости оттого, как клиент производит запуск (переход от контакта 15 к контакту 50), он может слышать, как активизируется дроссельная заслонка

Оптимизация токсичности ОГ при глушении двигателя

Принцип оптимизации токсичности ОГ при глушении двигателя
Для снижения токсичности ОГ после глушения двигателя и при его повторном пуске в цепи подачи питания к форсункам и катушкам зажигания были внесены изменения. Питание от плюсового вывода подается к форсункам через разгрузочное реле контакта 15, а к катушкам зажигания - через контакт 87.


Рис. 12. Принцип оптимизации токсичности ОГ при глушении двигателя

1 частота вращения
2 впрыск
3 зажигание
Принцип работы
После выключения контакта 15 через его разгрузочное реле прерывается цепь подачи питания к форсункам (2). Через удерживающую схему главного реле зажигание поддерживается до определенного порога частоты вращения (3), чтобы в цилиндрах могли сгореть остатки топлива.

Диагностика течи в топливном баке

Модуль диагностики течи в топливном баке DMTL (США)
Модуль служит для распознавания в системе питания течи > 0,5 мм.

Принцип работы DMTL
Продувка: Для продувки фильтра с активированным углем двигатель всасывает наружный воздух через фильтр наружного воздуха, открытый переключающий клапан, фильтр с активированным углем и открытый клапан вентиляции топливного бака.

Опорное измерение
С помощью пластинчатого насоса через измерение: опорную течь продувается наружный воздух. При этом измеряется потребляемый насосом ток. Ток насоса служит при последующей „диагностике течи" в качестве опорного значения. Потребляемый насосом ток составляет порядка 20 - 30 мА.
Рис. 15. Опорное измерение

Измерение в баке
После опорного измерения с помощью пластинчатого насоса давление в системе питания увеличивается на 25 гПа. Измеренный при этом ток насоса сравнивается с опорным значением тока.

Рис. 16. Измерение в баке (диагностика течи)

Обозначение	Пояснение	Обозначение	Пояснение
AKF	фильтр с активированным углем	TEV	клапан вентиляции топливного бака
DK	дроссельная заслонка	1	топливный бак
Фильтр	фильтр	2	переключающий клапан
Наружный воздух	наружный воздух	3	опорная течь
Двигатель	двигатель

Если опорное значение тока (+/- допуск) не достигнуто, то предполагается, что система питания неисправна.
Если опорное значение тока (+/- допуск) достигнуто, то имеется течь 0,5 мм.
Если опорное значение тока превышено, то система питания герметична.

Рис. 17. Кривые потребления тока двигателем насоса
Примечание:
Если при работающей диагностике течи начинается заправка топливом, то система прерывает диагностику. Сообщение о неисправности (например, „сильная течь"), которое может появиться при заправке топливом, стирается во время следующего цикла движения.