Системы управления ДВС MS42 (M52TU)

Двигатель M52TU (EU3/LEV)

Стандарты по токсичности отработавших газов
EU3 - обозначение стандарта по токсичности отработавших газов, который в 2000 г. будет действовать для всех новых моделей автомобилей, а еще через год -для всех серийно выпускаемых автомобилей. Тем самым опять существенно ужесточаются стандарты Евросоюза уровня II (EU II). В США также вступают в силу новые стандарты по токсичности отработавших газов под наименованием LEV (low emission vehicle, автомобиль с выхлопом низкой загрязненности). Здесь применение этих стандартов гибкое и рассчитывается по всему спектру моделей автомобилей по системе "бонус-малус".
С началом серийного производства автомобилей серии Е46 все автомобили с двигателем М52 EU3 удовлетворяют требованиям стандартов по токсичности отработавших газов D3 и EU3 (D = Германия). Зто достигается, в частности, путем установки рядом с двигателем катализаторов с контрольными кислородными датчиками, путем применения специальной техники подвода воздуха (турбулизация воздуха), системы наддува вторичного воздуха (только для автомобилей с правым рулем управлением и для автомобилей для США), а также путем различных изменений деталей системы впрыска топлива.
Требованиям ужесточенного международного стандарта по токсичности отработавших газов EU3 с декабря 1997 г. соответствуют все серийно выпускаемые комбинации "автомобиль-двигатель-рабочий объем", Б которых используется двигатель M52TU (EU3/LEV). При этом за основу берутся самые на данный момент строгие предельные величины для EU3.
С началом соответствия стандарту по токсичности отработавших газов EU3 все автомобили, выпускаемые в соответствии с рекомендациями Экономической комиссии ООН для Европы, оборудуются системой E-OBD. Наличие E-OBD (european on bord diagnosis, европейская система бортовой диагностики) означает, что все автомобили под приборной панелью оборудуются дополнительным диагностическим интерфейсом. Через этот интерфейс можно считывать информацию о неполадках, влияющих на токсичность отработавших газов, из памяти цифровой электронной системы управления двигателем (ОМЕ) и/или системы управления коробкой переключения передач (AGS).
Система E-OBD базируется на системе OBD II, которая уже Б течение ряда лет применяется в автомобилях, предназначенных для экспорта в США.

Двигатель
- Шестицилиндровый рядный двигатель с 4 клапанами на каждом цилиндре
- Блок цилиндров из алюминиевого сплава ALSiCu с обжатыми втулками из серого чугуна
- Переработанная головка блока цилиндров
- Прокладка головки блока цилиндров выполнена многослойной из листового металла
- Блок цилиндров повышенной жесткости для улучшения акустических и вибрационных свойств
- Модифицированный коленчатый вал
- Внутреннее инкрементное зубчатое колесо из металлокерамического материала, закрепленное на коленчатом валу
- Масляный насос и регулятор давления масла, встроенные в успокоитель масла
- Циклонный маслоотделитель
- Регулирование угла установки впускного и выпускного распределительных валов = двойная система VANOS
- Распределительные валы, согласованные с фазами газораспределения
- Система охлаждения двигателя с подводом охлаждающей жидкости в головку блока цилиндров
- Подача вторичного воздуха в головку блока цилиндров для автомобилей с правосторонним рулевым управлением и для автомобилей для США
- Модифицированный поршень
- Шатуны с головками, полученными методом излома, для двигателей В20 и В25
- Термостат с электронным управлением для автомобиля семейства Е46
- Измененный контур охлаждающей жидкости с повышенной пропускной способностью и адаптированный водяной насос
- Быстроразъемные соединительные муфты для водяных шлангов
- Дроссельная заслонка с электродвигателем (MDK)
- Впускной модуль из 3 частей с электрически управляемой резонансной заслонкой и системой вихрекамерно смесеобразования
- Электрически управляемый эжекторный насос для усилителя тормозов
- Датчик температуры масла в опоре агрегата масляного фильтра
- Установленные рядом с двигателем двухпоточные катализаторы, встроенные в выпускной коллектор (не для моделей с правосторонним рулевым управлением)
- Контрольные кислородные датчики после катализатора
- Насос и клапан системы наддува вторичного воздуха (только для автомобилей с правосторонним рулевым управлением и для автомобилей для США)

Подготовка и регулирование подачи топлива
Дроссельная заслонка с электродвигателем / регулятор холостого хода
Компактный пленочный расходомер воздуха (HFM, тип В)
Клапанные форсунки с наклонным впрыскиванием
Функция "running losses ventil" (США)
Функция диагностики утечки топлива из топливного бака (США)

Технические данные
Рядный шестицилиндровый двигатель с 4 клапанами на цилиндр, с регулируемым положением распределительных валов, с раздельной поцилиндровой антидетонационной регулировкой, с единой системой выпуска в двухпоточном исполнении до предварительного глушителя с катализатором вблизи двигателя и контрольным кислородным датчиком.
Данные версий двигателя приведены в таблице. Номинальные параметры остались без изменений. Максимальный крутящий момент был достигнут при более низких частотах вращения двигателя, чем у предыдущих моделей. В целом, увеличен крутящий момент в диапазоне низких частот вращения.

Параметры, установленные на заводе, при необходимости могут быть изменены на станции технического обслуживания в пределах от 650 об/мин до 800 об/мин.

Рис. 1: Кривые полной нагрузки двигателя M52TU (EU3/LEV)
Рис. 2: Кривые полной нагрузки двигателя M52TU (EU3/LEV)
Рис. 3: Кривые полной нагрузки двигателя M52TU (EU3/LEV)

Механика двигателя

Блок цилиндров двигателя Блок цилиндров двигателя M52TU (EU3/LEV) был полностью разработан заново; его можно сравнивать с блоком двигателя М52 модели Z3 с рабочим объемом 2,8 л. Блок цилиндров этих двигателей выполнен из алюминиевого сплава с обжатыми втулками из серого чугуна.
Блок цилиндров для этих двигателей одинаков во всем мире; при этом имеется возможность однократной доводки зеркал цилиндров (+ 0:25 мм).

Коленчатый вал
В двигателе с рабочим объемом 2,0/2,5 литра коленчатый вал выполнен из чугуна с шаровидным графитом. Из-за более высоких мощностных параметров в двигателе с рабочим объемом 2,8 литра применяется стальной коленчатый вал, кованый в шампе. Была оптимизирована балансировона коленчатых валов, их преимущество состоит в большой жесткости, улучшающей вибрационные характеристики, что повышает комфортабельность автомобиля.
Как и у двигателя М52, коленчатый вал имеет 7 коренных подшипников и 12 противовесов. Осевая направляющая находится на шестой точке опоры.

Поршни и шатуны
Конструкция поршней всех двигателей (2,0/2,5/2,8 литров) одинакова. Юбка поршня графитирована; эта технология улучшает шумовые характеристики и снижает трение.
Поршни и, соответственно, двигатели рассчитаны на применение топлива с октановым числом 95 (неэтилированный бензин "Super"). В исключительных случаях может применяеться топливо с октановым числом 91.
Шатуны двигателя с рабочим объемом 2,0/2,5 литра изготовлены из специальной кованой стали; этот материал получил теперь возможность излома.
Преимущество технологии излома: в процессе изготовления большая головка шатуна разламывается, место излома центрирует крышку подшипника, благодаря чему отпадает необходимость в направляющих вкладышах и/или посадочных втулках. За счет этого удалось повысить прочность и снизить массу изделия.

Справка:
При продаже запасных частей шатуны предлагаются только комплектом.

Маховик
В двигателях автомобилей с автоматической коробкой переключения передач маховик выполнен монолитным из стали. В автомобилях с механической коробкой переключения передач используется гидравлически демпфированный двухмассовый маховик (ZMS).
Сцепление с автоматической регулировкой рабочего зазора (SAC = self adjusting clutch), которое используется с механической коробкой переключения передач с начала данной серии, имеет уменьшенный диаметр диска; обусловленное этим обстоятельством снижение момента инерции сцепления заметно облегчает переключение передач.

Гаситель крутильных колебаний
Гаситель крутильных колебаний был заново разработан для этого двигателя; для поглощения вибраций коленчатого вала конструктивно он выполнен свободным в осевом направлении. В прежних двигателях инкрементное зубчатое колесо для датчика коленчатого вала находилось на демпфере, будучи амортизированным в радиальном направлении посредством элемента из вулканизированной резины. Теперь же инкрементное зубчатое колесо жестко, без амортизирующего элемента, соединено с коленчатым валом в районе его 7-го коренного подшипника. Благодаря этому лучше обнаруживаются неравномерности вращения, вызванные, например, неполадками в системах зажигания и впрыскивания топлива.
Такое обнаружение перебоев в работе двигателя является требованием OBD-II и, соответственно, E-OBD.
Подробное описание принципа обнаружения перебоев в работе двигателя дается в разделе "Система управления двигателем MS42".
Привод вспомогательных агрегатов осуществляется посредством поликлинового ремня, не требующего обслуживания. Ремень натягивается пружинным, или, при наличии соответствующего дополнительного оборудования (генератора на 100 А), гидравлически демпфированным натяжным устройством

Система подачи масла и масляный поддон
Подача масла обеспечивается масляным насосом с шестернями внутреннего зацепления с внутренним ротором, а также встроенной системой регулирования давления масла.
Детали масляного насоса, а также регулятора давления масла; встроены в успокоитель масла.


Рис. 6: Конструкция масляного насоса
1 Регулирующий поршень
2 Успокоитель масла
3 Масло всасывающая трубка давление масла
4 Масляный насос
Привод масляного насоса с шестернями внутреннего зацепления осуществляется от коленчатого вала.

Головка блока цилиндров
Благодаря прилитому каналу для подвода охлаждающей жидкости до задней части головки блока цилиндров и особой технологии литья был существенно изменен и улучшен водяной контур в головке блока цилиндров.
Для уменьшения массы крышка головки блока цилиндров выполнена из пластмассы. С целью снижения шумов она крепится на головке блока цилиндров демпфированным резьбовым крепежом.

Клапаны, привод клапанов и газораспределение
Весь привод клапанов выполнен не только легким, но и очень компактным и, тем самым, очень прочным. Этому, в частности, содействуют исключительно миниатюрные гидравлические компенсаторы зазора

Работа системы газораспределения VANOS
До сих пор системой VANOS регулировалось положение только распределительного вала впускных клаланов. С внедрением двойной системы VANOS осуществляется изменение фаз газораспределения на обоих распределительных валах.

Рис. 7: Углы поворота распределительных валов
UT Нижняя мертвая точка
А Распределительный вал выпускных клапанов
ОТ Верхняя мертвая точка
Е Распределительный вал впускных клапанов
KW Коленчатый вал

С разработкой этой системы были достигнуты следующие цели:
- Повышение крутящего момента в нижней и средней части диапазона частоты вращения двигателя в сочетании с использованием переключаемого впускного тракта, без потерь мощности в верхнем диапазоне оборотов
- Уменьшение количества остаточных газов на холостом ходу благодаря меньшему углу перекрытия распределительных валов, отсюда улучшение холостого хода за счет устойчивого сгорания
- Внутренняя рециркуляция отработавших газов в диапазоне частичной нагрузки в целью снижения концентрации оксида азота
- Ускоренный прогрев катализаторов и снижение количества токсичных выбросов после пуска холодного двигателя
- Снижение расхода топлива

Двойная система VANOS состоит из следующих частей:
- Впускной и выпускной распределительные валы с косыми зубьями
- Звездочки с переключаемой передачей
- Регулировочный узел двойной системы VANOS для распределительных валов впускных и выпускных клапанов
- Два электромагнитных четырехходовых трехпозиционных переключающих клапана
- Два полусекторных диска для определения положения распределительных валов
- Два датчика положения распределительных валов

При пуске двигателя распределительный вал впускных клапанов находится в конечном положении, то есть сначала он находится в положении ПОЗДНО.
Распределительный вал выпускных клапанов при пуске двигателя поджимается пружиной и удерживается в положении РАНО.
Обесточенное положение = фиксация в конечном положении за счет давления моторного масла.
Примерно через 50 оборотов или 2-5 секунд после пуска двигателя блок управления двигателем через датчики положения определяет действительное положение распределительных валов (фактическое значение).
По сигналу частоты вращения двигателя (сигнал датчика коленчатого вала) и сигналу нагрузки, в зависимости от температуры впускаемого воздуха и охлаждающей жидкости двигателя, рассчитывается и устанавливается требуемое положение (заданное значение) распределительных валов.
При этом желаемое изменение положения распределительных валов осуществляется между цепью механизма газораспределения и распределительными валами. Изменение положения реализуется соответствующим регулирующим поршнем установочного узла, который через вал с косыми зубьями за счет своего хода перекрывает опережающее или запаздывающее относительное угловое смещение регулярного вращательного привода. Скорость изменения положения валов соответствует величине давления масла, то есть зависит от давления моторного масла, его температуры и от частоты вращения двигателя.

Рис. 8: Регулирование в двойной системе VANOS
A-NW Распределительный вал;
E-NW Распределительный вал выпускных клапанов впускных клапанов;
KW Датчик коленчатого;
А Изменение положении вала распределительного вала выпускных клапанов;
Е Изменение положения;
TOL Температура моторного распределительного масла вала впускных клапанов;
MS-42 Блок управления двигателем;
1 Насос моторного масла;
2 Поддон моторного масла;


В пределах своего максимального диапазона угла установки распределительные валы впускных и выпускных клапанов являются свободно регулируемыми. Это означает, что, в зависимости от команд блока управления двигателем, возможны их любые угловые положения. По достижении того или иного оптимального положения распределительного вала электромагнитные клапаны поддерживают постоянным объем масла в регулировочном цилиндре с обеих сторон камеры, так что распределительные валы фиксируются в соответствующих положениях.

В аварийном режиме электромагнитные клапаны обесточены:
- распределительный вал выпускных клапанов находится в положении РАНО (за счет давления масла или поджатой пружины в регулировочном цилиндре)
- распределительный вал впускных клапанов находится в положении ПОЗДНО

Указание:
Демонтаж и монтаж, а также базовая настройка системы VANOS производятся в соответствии с руководством по ремонту.

Вентиляция картера двигателя Система вентиляции картера является регулируемой давлением газов.
Газ, толчками проникающий при работе двигателя из камеры сгорания, скапливается в картере. Газы, выводимые из картера, по шлангу подводятся к циклонному маслоотделителю и редукционному клапану.
Масло, сепарированное маслоотделителем, стекает обратн в масляный поддон.
Редукционный клапан поддерживает постоянное небольшое разрежение и регулирует подвод картерных газов в систему впуска.
Это постоянное разрежение в картере предотвращает голубое дымление в режиме принудительного холостого хода, а также утечку картерных газов при возможной негерметичности картера.
Ввод картерных газов во впускной газопровод осуществляется через газораспределительную планку равномерно для всех цилиндров.
Тем самым предотвращается загрязнение таких узлов как расходомер воздуха, турбулизатор и узел дроссельной заслонки.

Рис. 9:Система отвода газов от крышки головки блока цилиндров
MDK Дроссельная заслонка двигателя
HFM Расходомер воздуха
ZWD Турбулизатор
2 Газораспределительная планка
3 Напорный клапан
4 Циклонный маслоотделитель
5 К масляному поддону

Система охлаждения МТК (концепция охлаждения с протоком через часть двигателя)
Наряду с обеспечением малого износа при работе и надежного контроля над развивающимися температурами, благодаря концепции охлаждения с протоком через часть двигателя удалось оказать влияние на важные функциональные параметры двигателя. Так, за счет высокой температуры охлаждающей жидкости в блоке цилиндров может быть уменьшено трение между зеркалами цилиндров и поршнями и тем самым заметно снижен расход топлива.
Низкая температура охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров положительно сказывается на всем характере изменения моментов сил двигателя, так как здесь низкие-температуры приводят к улучшению наполнения цилиндров и повышению границы детонации. Одновременно за счет низкой температуры охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров увеличивается стойкость деталей.
Задача обеспечения повышенной температуры охлаждающей жидкости в блоке цилиндров двигателя M52TU (EU3/LEV) решена за счет того, что прямым потоком охлаждающей жидкости омывается прежде всего головка блока цилиндров.

Рис. 10: Система охлаждения с протоком через часть двигателя
1 Вход радиатора блока цилиндров
2 Водяной насос подводящий канал
3 Выход радиатора
4 Головка блока цилиндров
5 Прокладка головки блока цилиндров
6 Наружный подводящий канал
7 Блок цилиндров


Эта концепция получила название концепции системы охлаждения с протоком через часть двигателя (МТК) С этой целью охлаждающая жидкость прокачивается водяным насосом по прилитому подводящему каналу к задней части головки блока цилиндров и оттуда вперед на выход (при нормально прогретом двигателе на вход радиатора). Водяная рубашка в блоке цилиндров двигателя связана с головкой блока цилиндров через отверстия в блоке и через прокладку головки блока цилиндров. За счет этого через блок цилиндров протекает только часть охлаждающей жидкости.
Для сравнения на рис. 11 показан традиционный контур потока охлаждающей жидкости, в котором весь поток направляется в блок цилиндров двигателя.

Рис. 11: Традиционная система охлаждения
1 Вход радиатора блока цилиндров
2 Водяной насос подводящий канал
3 Выход радиатора
4 Головка блока цилиндров
5 Прокладка головки блока цилиндров
6 Наружный подводящий канал


Как показали измерения, принцип МТК дает заметное повышение температуры охлаждающей жидкости в блоке цилиндров двигателя при почти неизменной температуре в головке блока цилиндров. Внедрение концепции охлаждения МТК в двигателе M52TU (EU3/LEV) дополнительно поддерживается за счет регулирования температуры охлаждающей жидкости при помощи подогреваемого термостата с электронным управлением, как это уже было в двигателе М62. Термостат с электронным управлением установлен на двигателях M52TU (EU3/LEV) во всем мире. Он предназначен для того, чтобы на режимах движения с малой нагрузкой устанавливать высокую температуру охлаждающей жидкости, выгодную с точки зрения расхода топлива. При большой нагрузке и высокой частоте вращения для защиты деталей температура охлаждающей жидкости снижается. Новшеством в конструкции системы охлаждения двигателя M52TU (EU3/LEV) является управление электронным термостатом посредством ШИМ-сигнала. Скважность импульса рассчитывается в блоке управления двигателем по предварительному значению параметра и по другим величинам. Благодаря такому управлению быстро достигаемся заданное значение, одновременно надежно предотвращающая колебания в процессе регулирования.

Существенно улучшены процессы наполнения системы охлаждения и удаления из нее воздуха. На рисунке внизу показана вся система охлаждения с радиатором и подключенным отопителем. При наполнении системы через компенсационный бачок неработающий двигатель может быть почти полностью заполнен охлаждающей жидкостью. Здесь выходная труба системы охлаждения открывается в компенсационный бачок. Благодаря этому гарантируется, что остаточный воздух, имеющийся в отопителе, при прогреве двигателя не попадет в двигатель и не понизит производительность водяного насоса. Тем самым обеспечивается надежность удаления воздуха из системы охлаждения.

Рис. 12: Чертеж контура системы охлаждения
1 Термостат;
2 Перепускной тарельчатый клапан, в автомобилях E46 дополнительно с двойной тарелкой;
3 Воздухоотводный канал;
4 Водяной насос;
5 Компенсационный бачок;
6 Радиатор;
7 Головка блока цилиндров;
8 Прокладка головки блока цилиндров;
9 Отопитель;
10 Блок цилиндров;

Регулируемая система впуска с резонансной заслонкой

Для того, чтобы уже на низких частотах вращения двигателя получить оптимальный характер изменения крутящего момента без вынужденной потери мощности при высоких частотах вращения, двигатель снабжен регулируемой системой впуска (резонансной системой).
Особенностью данного двигателя является специальная техника подачи воздуха от впускного коллектора к головке блока цилиндров. Турбулизатор направляет воздух в вихревой коллектор, который каналами в головке блока цилиндров соединен с впускным каналом каждого цилиндра.
Подача воздуха только через один впускной клапан вызывает завихрение потока впущенного воздуха в цилиндре. В сочетании с высокой скоростью впущенного воздуха, получающейся благодаря малым диаметрам впускных каналов, это обеспечивает уменьшение периодических колебаний и более устойчивое сгорание. Тем самым достигается уменьшение количества остаточных газов при сгорании.
Уменьшение количества остаточных газов дает возможность для большего перекрытия клапанов, которое может быть установлено управляемой двойной системой VANOS. Большее перекрытие клапанов вызывает внутреннюю рециркуляцию отработавших газов, которая способствует снижению содержания вредных веществ в ОГ и сокращению расхода топлива

Рис. 13: Принципиальная схема компонентов, монтируемых на двигателе
1 Наддув вторичного воздуха
2 Внутренняя рециркуляция отработавших газов
3 Катализатор, устанавливаемый рядом с двигателем
4 Канал турбулизованного воздуха
5 Турбулизатор ZWD
A VANOS для выпускных VANOS клапанов
Е VANOS для впускных VANOS клапанов


Регулируемая система впуска состоит из резонансного коллектора, резонансных труб, главного коллектора с шестью колебательными трубами и заслонки.
При закрытой заслонке резонансный коллектор, резонансная труба, главный коллектор и колебательные трубы действуют аналогично длинной впускной трубе. Пульсирующий в них газовый столб дает при средних частотах вращения двигателя заметное увеличение крутящего момента. Для повышения мощности при высоких частотах вращения двигателя открывается заслонка между двумя группами. Эффективные короткие колебательные трубы обеспечивают высокие значения мощности при высоких частотах вращения двигателя.
Устройство управления заслонкой включает в себя вакуумную коробку с пневматическим исполнительным механизмом, блок управления с собственной вакуумной камерой, магнитный клапан и обратный клапан.

Вихревой коллектор
Подготовка топлива влияет на качество сгорания и, тем самым, на состав отработавших газов.
С учетом этого воздух подается через турбулизатор в вихревой коллектор. Эта порция воздуха по каналу, расположенному во впускной трубе, подается в головку блока цилиндров и далее по очень узкому каналу в головке блока цилиндров вводится во впускную камеру впускного клапана.
Воздух, втекающий с высокой скоростью, дает оптимально подготовленную смесь с топливом.

Это означает:
- более быстрое распространение пламени в цилиндре
- более устойчивое сгорание / более высокий КПД
- повышенную плавность работы двигателя, особенно на низких оборотах

Система выпуска отработавших газов
Катализатор встроен непосредственно в выпускной коллектор, оптимизированный по массе. Благодаря близости к двигателю гарантируется быстрая активизация катализаторов, что делает излишними такие дополнительные меры как обгрев катализаторов или наддув вторичного воздуха.

Наддув вторичного воздуха в автомобилях с правосторонним рулевым управлением
В автомобилях с правосторонним рулевым управлением размещение катализаторов рядом с двигателем невозможно. Для получения допустимых значений загрязненности выхлопных газов необходима система наддува вторичного воздуха.
В зависимости от температуры охлаждающей жидкости, при пуске холодного двигателя на точно определенное время включается электрический воздушный насос. В зависимости от температуры при пуске и частоты вращения двигателя, он работает в течение максимум 120 секунд. Этот дополнительный (вторичный) воздух вдувается насосом через воздушные шланги в продольный канал в головке блока цилиндров и оттуда добавляются прямо во выпускные каналы к отработавшим газам. Отработавшие газы до окисляются дополнительным воздухом, а избыток воздуха обеспечивает раннюю активизацию катализатора.
Обратный и запорный клапаны предотвращают возврат отработавших газов к воздушному насосу. Запорный клапан в нормальном положении закрыт.

Контроль катализатора
Рис. 14: 1 Регулирующий кислородный датчик
2 Катализатор, устанавливаемый рядом с двигателем
3 Контрольный кислородный датчик
Для контроля катализатора необходим второй кислородный датчик, устанавливаемый после катализатора. Благодаря ему система управления двигателем обнаруживает незначительные ухудшения качества отработавших газов, которые могут возникнуть, например, из-за сильного старения катализа", а или прочих дефектов.
Принцип диагностики базируется на измерении аккумулирующей способности катализатора по отношению к кислороду. Хотя аккумулирующая способность и не является непосредственной мерой преобразующей способности катализатора, характер ее изменения в процессе старения такой же. Колебания концентрации примесей в отработавших газах, вызываемые лямбда-регулированием, при новом катализаторе почти полностью гасятся за счет его способности накапливать кислород. Снижение аккумулирующей способности со старением приводит к уменьшению гашения указанных колебаний, так что выходной сигнал контрольного датчика становится близким к сигналу регулирующего датчика.

Указания по диагностике
Неполадки в резонансной системе впуска и/или в системе изменения углового положения распределительных валов и их влияние на мощность двигателя. Наличие неисправности в регулируемой системе впуска или в системе VANOS проявляется следующим образом:

Пример диагностики 1
Если заслонка в резонансной системе впуска заклинилась в положении ОТКРЫТО, то двигатель имеет пониженный крутящий момент в области низких и средних частот вращения.
Если система VANOS остается в положении ПОЗДНО (аварийный ход), а заслонка в резонансной системе впуска заклинилась в положении ОТКРЫТО, то двигатель очень сильно теряет крутящий момент в области низких и средних частот вращения.

Кривые полной нагрузки

Рис. 15: Кривые крутящего момента для диагностики
---------- Кривые полной нагрузки двигателя M52TU В28

............... VANOS в положении РАНО. Резонансная заслонка заклинена в положении ОТКРЫТО

_._._._._, VANOS в положении ПОЗДНО (аварийный ход) Резонансная заслонка заклинена в положении ОТКРЫТО

Пример диагностики 2
Если заслонка в резонансной системе впуска заклинилась в положении ЗАКРЫТО, то двигатель имеет очень резкий спад крутящего момента в области высоких частот вращения начиная с 3500 об/мин.
Если система VANOS остается в положении ПОЗДНО (работа по аварийной программе), а заслонка в резонансной системе впуска заклинилась в положении ЗАКРЫТО, то двигатель сильно теряет крутящий момент во всем диапазоне частот вращения.

Рис. 16: Кривые крутящего момента для диагностики
---------- Кривые полной нагрузки двигателя M52TU В28

............... VANOS в положении РАНО Резонансная заслонка заклинена в положении ЗАКРЫТО

_._._._._, VANOS в положении ПОЗДНО (аварийный ход) Резонансная заслонка заклинена в положении ЗАКРЫТО

Введение
Система управления двигателем MS42 является полностью новой разработкой.
Блок управления системы MS42 выполнен на печатной плате как однопроцессорное управляющее устройство в корпусе типа SKE (серийный конструктивный стандартный корпус).

Аппаратные средства блоков управления:
Штекерный разъем блока управления имеет модульную конструкцию из 5 вставных модулей в корпусе типа SKE со 134 штырьковыми выводами.
Модуль 1 = питание
Модуль 2 = периферийные сигналы (кислородные датчики/CAN и т. д.)
Модуль 3 = сигналы двигателя
Модуль 4 = сигналы автомобиля
Модуль 5 = сигналы системы зажигания

Разница между версиями для стран ЕЭК и для США
Имеется два варианта программного обеспечения:
- OBD II для США
- OBD II для EU Ml
- без OBD

Блок управления: датчики и исполнительные органы

Датчики и исполнительные органы
- Кислородные датчики LSH фирмы Bosch
- Датчик положения распределительного вала (статический датчик Холла)
- Датчик положения коленчатого вала (динамический датчик Холла)
- Датчик температуры масла
- Датчик температуры на выходе радиатора (электрический вентилятор, управление электронным термостатом)
- Расходомер воздуха HFM 2 типа В
- Расширенное использование CAN
- Функция поддержания заданной скорости, встроенная в блок управления MS42
- Магнитные клапаны в системе VAN OS
- Резонансная заслонка отработавших газов у двигателя с рабочим объемом 2,8 л
- Электронная противоугонная система EWS 3.3 с подключением шины К
- Термостат с электроподогревом
- Электрический вентилятор
- Переработанный вариант 1998 модельного года системы бортовой диагностики OBD II
- Клапан на 3-позиционный 2-ходовой клапан для топливной системы
- Насос вторичного воздуха для автомобилей с правосторонним рулевым управлением и для автомобилей для США
- LDP - насос диагностики течи топливного бака (топливная система/США)
- MDK - дроссельная заслонка с электродвигателем
- Резонансная заслонка
- Вентиляционный клапан топливного бака
- Турбулизатор (ZWD 5)

Заслонка отработавших газов (двигатель с рабочим объемом 2,8 л)

Эта заслонка используется с начала серийного выпуска только в автомобилях с правосторонним рулевым управлением из-за изменения конструкции глушителя.
Управление заслонкой отработавших газов осуществляется как в системе MS41.1.

Превышение предельной частоты перебоев в зажигании
Обнаружение превышения предельной частоты перебоев в зажигании организовано так же, как в системе MS41.1, и одинаково для моделей, выпускаемых для Европы и для США. Анализируется сигнал от датчика коленчатого вала.
При обнаружении перебоев при помощи датчика коленчатого вала их различают и анализируют по двум различным критериям:

- во-первых, перебои лишь ухудшают состав отработавших газов с точки зрения результатов их анализа;
- во-вторых, перебои даже оказывают вредное воздействие на катализатор, способствуя его перегреву.

К первому случаю:
Перебои, ухудшающие состав отработавших газов, контролируются в тактовой сетке длительностью 1000 оборотов двигателя.
При выходе за пределы максимальной частоты перебоев, установленные блоком управления, то блок управления диагностикой делает соответствующую запись в ЗУ неисправностей; если затем при втором цикле тестирования частота перебоев опять превышает максимальную, на приборном щитке загорается лампа сигнализации неисправности (сигнал "проверь двигатель") и цилиндр отключается. Эта лампа загорается и в автомобилях, изготовленных для стран Европы

Ко второму случаю:
Перебои, способные повредить катализатор, контролируются в тактовой сетке длительностью 200 оборотов двигателя.
При выходе за пределы максимальной частоты перебоев, установленные блоком управления в соответствии с частотой вращения и нагрузкой, сразу загорается лампа сигнализации неисправности (сигнал "проверь двигатель") и отключается сигнал на впрыск (ti) топлива в этот цилиндр. Причиной перебоев могло быть и образование пузырьков пара в блоке впрыска. Для исключения и выявления зтого на короткое время включается трехходовой двухпозиционный клапан для промывки блока впрыска (США). Сигнал пустого топливного бака п
о данным датчика уровня топлива в баке (с резервным остатком 4 л) выдается в тестере DIS в качестве диагностической команды.
Еще сохранившееся шунтирующее сопротивление 240 Ом для контроля цепи зажигания, в отличие от системы MS41.0, служит лишь датчиком входной величины для системы контроля частоты перебоев в работе двигателя.
В качестве второй функции по этой линии контроля цепи зажигания информация о чистых сбоях зажигания вводится в ЗУ неисправностей для последующей диагностики.

Сигнал скорости (v-сигнал)
V-сигнал подается на систему управления двигателем от блока управления антиблокировочной системой (правое заднее колесо).
Ограничение скорости (ограничение v max) достигается также путем закрытия дроссельной заслонки (MDK) электроприводом. При неисправности MDK ограничение максимальной скорости обеспечивается путем блокирования сигнала на впрыск топлива в цилиндр (ti).
Второй сигнал скорости (среднее значение сигналов от обоих передних колес) подается по шине CAN и используется, в частности, регулятором скорости движения (FGR).
Величины ограничиваемой максимальной скорости еще не установлены.

Датчик положения коленчатого вала
Датчик положения коленчатого вала представляет собой динамический датчик Холла. Сигнал от него поступает только тогда, когда двигатель работает.
Импульсное колесо для этого датчика импульсов смонтировано непосредственно на коленчатом валу в районе его 7-го коренного подшипника, а датчик находится под стартером. Индивидуальное для каждого цилиндра обнаружение пропусков вспышек также осуществляется по этому сигналу. Отслеживание пропусков вспышек в цилиндре основано на контроле углового ускорения коленчатого вала. При возникновении пропуска вспышки угловое ускорение коленчатого вала в определенном угловом интервале снижается по сравнению с работой остальных цилиндров. Если происходит превышение параметров холостого хода, рассчитанных на этой основе, то фиксируется пропуск вспышки для определенного цилиндра.
Более точное описание имеется в разделе, посвященном определению частоты перебоев в работе двигателя.

Насос диагностики утечки из топливного бака (LDP)
Эти функции бортовой системы диагностики OBD II описаны в главе "OBD IIй брошюры Modelljahr'98.

Расходомер воздуха HFM
Расходомер воздуха производства фирмы Siemens по своим функциям изменений не претерпел, только уменьшились его размеры.

Турбулизатор
Блок управления системы MS42 задает через турбулизатор ZWD 5 частоту вращения холостого хода.
Регулирование холостого хода осуществляется по скважности управляющих импульсов при основной частоте 100 Гц.

Задачи, выполняемые турбулизатором:

- регулирование подачи воздуха при пуске двигателя (при температуре ниже О °С электроприводом дополнительно открывается дроссельная заслонка (MDK)
- упреждающее регулирование холостого хода для соответствующей заданной частоты вращения двигателя и нагрузки
- регулирование холостого хода для соответствующих частот вращения двигателя (быстрое регулирование и тонкое регулирование осуществляются через систему зажигания)
- управление вихревым воздушным потоком в режиме холостого хода
- ограничение степени разрежения (голубое дымление)
- повышение комфортности при переходе в режим принудительного холостого хода

Упреждающее регулирование по нагрузке посредством турбулизатора начинается в следующих случаях:
- включение компрессора кондиционера
- поддержка трогания с места
- переменные частоты вращения электрического вентилятора
- включение передачи

Ограничение частоты вращения двигателя
Ограничение частоты вращения двигателя зависит от выбранной передачи.
Сначала посредством дроссельной заслонки производится мягкое и плавное ограничение, а при прохождении частоты вращения > 100 об/мин происходит более жесткое ограничение путем блокирование сигнала на впрыск топлива (ti-ограничение).
Это означает мягкое ограничение на высших передачах и более жесткое ограничение на низших передачах и на холостом ходу.

Датчики распределительных валов впускных и выпускных клапанов
Датчик распределительного вала на стороне впуска представляет собой статический датчик Холла. Он дает сигнал уже при неподвижном двигателе.
Датчик распределительного вала впускных клапанов служит для опознавания цилиндра с целью опережающего впрыска, для синхронизации, в качестве датчика частоты вращения двигателя при отказе датчика коленчатого вала, а также для регулирования положения распределительного вала впускных клапанов (система VANOS).
Датчик распределительного вала выпускных клапанов служит для регулирования положения опор этого распределительного вала (система VANOS).

При монтажных работах соблюдать осторожность:
Даже незначительная механическая деформация колеса датчика может приводить к неверным сигналам и, тем самым к вводу в систему управления данных о несуществующих неполадках и к функциональным нарушениям.

Наддув вторичного воздуха
Сведения о наддуве вторичного воздуха имеются в описаниях системы 0BD-II и двигателя М52.

Вентиляционный клапан топливного бака
Вентиляционный клапан топливного бака управляется импульсами частотой 10 Гц и в обесточенном состоянии закрыт. Хотя за счет облегченной конструкции клапан выглядит иначе, по функционированию он сравним с применяемым в настоящее время серийным клапаном.

Эжекторный насос
Для того, чтобы на всех режимах обеспечивалось достаточное разрежение для усилителя тормозного привода, в режимах, перечисленных ниже, блок управления MS42 активизирует электрически управляемый эжекторный насос:
- при работе компрессора кондиционера
- при включении передачи (при неверной индикации передачи эжекторный насос работает постоянно)
- до температурной границы около < 70 °С
В настоящее время проверяется, необходим ли электрически управляемый эжекторный насос, и если необходим, то для каких моделей автомобиля
Компенсация наличия "дополнительного воздуха" при включенном эжекторном насосе осуществляется за счет предварительного регулирования воздушного потока посредством турбулизатора. Эжекторныи насос запускается отключающим воздушным клапаном, который управляется блоком управления системы MS42.

Рис. 18: Принципиальная схема использования эжекторного насоса в двигателях М52/М43

1 Воздушный фильтр
2 Расходомер воздуха (HFM)
3 Дроссельная заслонка с электроприводом
4 Двигатель
5 Впускная труба
6 Регулятор холостого хода
7 Блок управления MS42
8 Усилие от педали тормоза
9 Усилитель тормозов
10 Колесные тормоза
11 Отключающий воздушный клапан
12 Эжекторныи насос

Указание по диагностике:
В обесточенном состоянии эжекторныи насос открыт, то есть в обесточенном состоянии он увеличивает давление в тормозном приводе.

Система впуска
Резонансная система впуска и вихрекамерная система смесеобразования
Для увеличения крутящего момента в диапазоне низких частот вращения двигателя система впуска разделена на 2 отдельные группы из трех впускных труб в каждой (резонансная система впуска). Управление резонансной заслонкой осуществляется электромагнитным клапаном и установленной спереди вакуумной камерой.
При частоте вращения < 3750 об/мин электромагнитный клапан находится под током. Теперь разрежение воздействует на вакуумную камеру и закрывает резонансную заслонку. Теперь за счет закрытия резонансной заслонки образуются 2 отдельные группы из трех впускных труб в каждой, причем впускные трубы длинные.

Запомните:
- низкие частоты вращения = длинный впускной тракт
- высокие частоты вращения = короткий впускной тракт
Если частота вращения двигателя выше 4100 об/мин (при этом в незначительной степени учитывается и температура) электромагнитный клапан обесточивается и на вакуумную камеру воздействует воздух. Теперь резонансная заслонка открывается и образуются 6 коротких впускных труб.


Рис. 19: Система впуска

1 Резонансная труба
2 Электромагнитный клапан
3 Вакуумная камера с резонансной заслонкой
4 Дроссельная заслонка с электроприводом (MDK)
5 Расходомер воздуха (HFM)
6 Вихревой коллектор с вихреобразующими отверстиями 0 5,5 мм
7 Клапан регулирования давления для вентиляции картера
8 Главный коллектор
9 Резонансный коллектор
10 Турбулизатор (ZWD)

Вихревой коллектор представляет собой самостоятельный коллектор с отверстием диаметром 5,5 мм в крышке блока цилиндров. Через это вихреобразующее отверстие воздух от турбулизатора подается к впускному клапану каждого цилиндра (лучшее смесеобразование). Воздуховод турбулизатора полностью отделен от впускной трубы.
Переходные функции между системой вихрекамерного смесеобразования и резонансной системой впуска разъясняются на диаграмме работы дроссельной заслонки двигателя.

Дроссельная заслонка с приводом от электродвигателя
Дроссельная заслонка с приводом от электродвигателя (MDK) имеет четыре потенциометра.
В целях резервирования оба измеряемых угла (желаемое положение, задаваемое нажатием на педаль газа, и истинное положение) определяются дважды.
Первый двойной потенциометр определяет желаемое положение, задаваемое нажатием на педаль газа, по натяжению тросового привода.
Второй потенциометр определяет истинное положение дроссельной заслонки. Электрическое управление дроссельной заслонкой производится ШИМ-сигналом с основной частотой 600 Гц.

Рис. 20: Дроссельная заслонка с электроприводом
1 = дроссельная заслонка
2 = разъем на стороне жгута проводов
3 = бесколлекторный электродвигатель

1 = узел крепления троса Боудена, идущего от педали газа, с тросовым шкивом
2 = связующая пружина
3 = крышка-опора с посадочными местами для потенциометров.

- LLFS = количественное регулирование холостого хода, через турбулизатор ZWD
- PWGJST = сигнал педали газа; это положение дроссельной заслонки, которого желает водитель, сигнал потенциометра
- MDK = характеристика дроссельной заслонки в функции угла ее поворота в % и в функции ее положения, которого желает водитель, в градусах
- TAMDK = скважность импульсов сигнала, управляющего дроссельной заслонкой, в %
- PWGJST = угол открытия дроссельной заслонки, от 0 до 90 градусов
- ° DK% = скважность импульсов управляющего сигнала в %, от 40 % до 120 % Сигнал от тросового шкива, соответствующий нажатию водителя на педаль газа (PWGJST), и сигнал регулирования холостого хода суммируются и в сумме образуют сигнал для управления дроссельной заслонкой MDK и для количественного регулирования холостого хода (LLFS) турбулизатором ZWD 5.
Посредством "тросового шкива" узел крепления троса Боудена связывается с дроссельной заслонкой.
Сигнал от педали газа и сигнал от турбулизатора складываются.
Этим суммарным (новым) сигналом теперь управляется турбулизатор и дроссельная заслонка = предварительное регулирование.
Для того, чтобы добиться оптимального вихревого эффекта в камере сгорания, сначала с целью количественного регулирования на холостом ходу (LLFS) открывается тс ;о турбулизатор ZWD 5.
Дроссельная заслонка MDK по сигналу со скважностью импульсов около -30 % (TAMDK) удерживается в крайнем положении холостого хода.
Это означает, что примерно до угла 15 °, который задается водителем нажатием на педаль газа (PWGJST), двигатель управляется только через турбулизатор. Предварительное управление дроссельной заслонкой MDK остается в пределах угла поворота тросового шкива, поскольку в противном случае различные силы через связующую пружину передавались бы на педаль газа, что было бы ощутимо для водителя. По отношению к тросовому шкиву дроссельная заслонка MDK в нормальном режиме и в режиме ASC поворачивается электроприводом в сторону закрь го положения.
В верхнем диапазоне PWG (около 60°) привод дроссельной заслонки MDK отключается, и теперь она открывается дальше только лишь под воздействием связующей пружины, в зависимости от нажатия на педаль газа.
Механический упор дроссельной заслонки достигается при ее вертикальном положении (90 градусов). Ход педали газа до упора обеспечивается за счет избыточного поворота тросового шкива.
Новая дроссельная заслонка (MDK) с электроприводом отличается от известной системы EML следующим:
на педали газа отсутствует потенциометр, но имеется двойной потенциометр на тросовом шкиве дроссельной заслонки с электроприводом (MDK);
трос Боудена: трос Боудена используется и при работе по аварийной программе, и в аварийном режиме возможен максимальный впуск воздуха.

Функции работы по аварийным программам

Реакции дроссельной заслонки MDK в аварийных программах
При обнаружении неисправности в системе различают следующие варианты:
- работа по аварийной программе 1, при не влияющих на безопасность неисправностях, которые нарушают работу MDK
- работа по аварийной программе 2, при возникновении неисправностей, которые могут отрицательно сказаться на- безопасности движения
- работа по аварийной программе при неисправности турбулизатора

Работа по аварийной программе 1
- Включение аварийной лампы системы EML
- Отключение привода MDK. Оно вызывает переход в связующую точку. Это означает, что дроссельная заслонка механически открывается под действием связующей пружины в соответствии с нажатием на педаль газа (в соответствии с положением тросового шкива).
- Для обеспечения контролируемой реакции автомобиля это открытие MDK компенсируется закрытием регулятора работы на холостом ходу и смещением угла опережения зажигания в направлении запаздывания.
- Ограничение динамики движения за счет блокирования впрыска топлива. Режим работы по аварийной программе 1 включается, и отказывает один или несколько потенциометров, или если невозможно произвести адаптирование потенциометров. . Имеет место неисправность Н-образного моста, автомобиль может разгоняться хотя и медленно, но до максимальной скорости и при ограниченных динамических характеристиках.
Водитель узнает о возникшей неисправности по зажиганию предупредительной лампы на приборном щитке и по тому обстоятельству, что автомобиль отличается ограниченной динамикой.
При записи сообщения о неисправности в ЗУ привод дроссельной заслонки MDK отключается и работает механическая связь (через связующую пружину) между тросовым шкивом и дроссельной заслонкой.
Теперь водитель может механически открыть дроссельную заслонку тросом Боудена и связующей пружиной путем нажатия на педаль газа и продолжать движение.
В случае неисправности сервисная служба ВMW опрашивает ЗУ неисправностей при помощи тестера DIS.

Работа по аварийной программе 2
При работе по аварийной программе 2 к мерам, принимаемым по аварийной программе 1, добавляется ограничение частоты вращения величиной, слегка превышающей частоту холостого хода.
При работе по аварийной программе 2 ограничение частоты вращения применяется всегда. При ненажатом тормозе частота вращения ограничивается величиной около 300 об/мин, при нажатом тормозе частота вращения по аварийной программе 2 ограничивается величиной около 1000 об/мин.
В аварийной программе 2 также снижается примерно на 30 -40 км/час порог ограничения максимальной скорости.
Причина такого ограничения максимальной скорости состоит в следующем: если MDK заклинивается в полностью открытом положении, разрежение во впускной трубе слишком мало для достаточной поддержки усилия торможения. Отмена функций работы по аварийной программе происходит автоматически, если неисправностей не обнаружено, педаль тормоза не нажата и дроссельная заслонка находится в положении холостого хода.

Работа по аварийной программе при неисправности турбулизатора
При обнаружении неисправности турбулизатора блок управления, в зависимости от картины неисправности (увеличенный расход воздуха - да/нет), принимает дополнительные меры.
Эти дополнительные меры аналогичны тем, что принимаются в DME 5.2.1 и описаны в разделе "Матрица неисправностей" документации на DME 5.2.1.
И в этом случае водитель ощущает возникновение неисправности (как и при работе по аварийной программе 1) по ограниченной динамике автомобиля.
При неисправности турбулизатора электрическое управление дроссельной заслонкой MDK точно согласовывается с положением тросового шкива.
При неисправности турбулизатора также загорается предупредительная лампа EML В сервисной службе неисправность считывается из памяти тестером DIS.

Указание по диагностике:
В случае неисправности при увеличенном расходе воздуха, система VANOS и система антидетонационного регулирования отключаются, что приводит к заметному снижению мощности.

Система зажигания

Бесконтактная система многократного зажигания
Система зажигания системы управления двигателем MS42 фирмы Siemens получила дополнительную функцию многократное зажигание для каждой свечи.

Цели введения многократного зажигания следующие:
Заметное увеличение надежности зажигания при пуске двигателя и на холостом ходу.
При использовании свечей зажигания с поверхностным разрядом (свечи большого срока службы - Longlife - фирмы BMW) обеспечивается очистка верхушки изолятора.
Благодаря этому отложения сажи на изоляторе свечи перестают иметь значение и значительно повышается надежность зажигания.

Рис. 22: Система многократного бесконтактного зажигания MS42
t1, Время запертого состояния
t2 Длительность искрового разряда {150 мкс)
t3 Время запертого состояния для многократных искровых разрядов (как функция напряжения аккумулятора)
t4 Время поворота коленчатого вала на угол до 20° после верхней мертвой точки
Многократные искровые разряды всегда следуют до частот вращения двигателя около 1350 об/мин и до 20° после верхней мертвой точки.
Частота следования искровых разрядов на той или иной свече зажигания в области до 20° после верхней точки зависит от напряжения аккумулятора. При низком напряжении аккумулятора ток в первичной обмотке мал и для формирования соответствующего магнитного поля требуется больше времени.

Это также означает:
- при малом напряжении аккумулятора - меньше разрядов,
- при большом напряжении аккумулятора - больше разрядов.

Известное шунтирующее сопротивление 240 Ом используется только для обнаружения перебоев зажигания и для запоминания перебоев зажигания в целях диагностики

Электронная противоугонная система EWS 3,3

Важнейшими изменениями в EWS 3 являются изменения интерфейсов связи с системой управления двигателем и с шиной К. По шине К, например, передаются такие сигналы как частота вращения двигателя, данные бортового компьютера и информация базового модуля.
В противоугонной системе EWS 3.3 ее блок управления посылает в систему управления двигателем переменный код, который изменяется при каждом пуске двигателя. Этот код воспринимается всеми системами управления двигателем, имеющие штекерный разъем стандарта SKE.
Блоки управления EWS 3.3 и системы управления двигателем привязываются к номеру шасси автомобиля (банк данных DOM - центральный автомобильный банк данных на фирме BMW).
По этой причине невозможно также производить пробную замену блока управления MS42. В блоке управления MS42 сигнал датчика коленчатого вала блокируется до тех пор, пока он не получит и не опознает верный сигнал от блока управления противоугонной системы EWS. Поэтому при попытках пуска без ключа, принадлежащего данному автомобилю, впрыск топлива и зажигание блокируются, и автомобилем воспользоваться невозможно.
Модифицированная система EWS 3.3 впервые используется в модели Е38 1997 года выпуска. Новый блок управления легко отличить по новому 13-контактному разъему.
Пока двигатель работает, опрос сигнала EWS не производится. При возможной замене блока управления согласование EWS производится по известной процедуре при помощи тестера MoDiC-DIS.
В автомобиле семейства Е46 блок управления EWS 3.3 установлен за блоком переключателей света.
Дальнейшая подробная информация и чертежи для подключения к шинам имеется в документации BMS46.