1. PGM-FI Общий обзор — Часть 1

Добрый день всем любителям авто и, в частности, Хонда.
Решил я выложить собственноручный перевод учебника (мануала) по системе впрыска двигателей Хонда PGM-FI. Все мои знания были почерпнуты именно из него. Мануал, хоть и был написан лет эдак 10-15 назад, но базовые принципы и понятия остаются неизменными до сих пор. Если вы диагностируете и ремонтируете свою Хонда сами, то этот мануал должен впитаться как "молоко мастери")). Русскоязычной версии на просторах инета я не нашел, поэтому решил заняться сам. За ошибки и недочеты заранее извиняйте и поправляйте. Будем дорабатывать. Т.к. мануал представляет собой техническую литературу, то будет очень много текста. По мере возможности постараюсь разбавлять изображениями.
Ну…Погнали.

Глава 1. PGMFI Общий обзор – Часть 1

1.1 Образующие годы

В течении многих лет главной задачей в разработке двигателей было достижение максимальной мощности и эластичности. Ранние системы управления двигателем достигали этих целей, используя механическое и вакуумное управление. В частности карбюраторные двигатели с традиционным вакуумно/механическим распределителем зажигания использовались на большинстве автомобилей Хонда на протяжении 15-20 лет.
Но в конце 1970-х годов были приняты первые стандарты по максимально допустимому уровню выбросов выхлопных газов автомобилей. Экономичные автомобили становились все более востребованы, нормы выбросов становились все жестче и достичь улучшения экологических показателей и топливной экономии можно было только за счет улучшения управления топливной системой и системой зажигания двигателя. Традиционный метод, используемый на большинстве автомобилей того времени уже не годился для этого. Именно эти требования к повышению эффективности двигателей и подтолкнули к внедрению электронных систем управления двигателем.

1.2 PGMFI как устройство контроля за выбросами

Вредные выбросы содержащиеся в выхлопных газах грубо можно поместить в две категории: предварительного сгорания и дожига. Все меры по снижению выбросов до того как выхлопные газы покинули камеру сгорания можно отнести к первой группе контроля. Остальные меры снижения выбросов, после того как выхлопные газы покинули камеру сгорания, относятся ко второй группе.

1.2.1 Примеры контроля уровня выбросов на стадии предварительного сгорания

Некоторые примеры контроля уровня выбросов на стадии предварительного сгорания:
— конструкция двигателя
— система EGR (exhaust gas recirculation – рециркуляция выхлопных газов)
— момент впрыска топлива и угла зажигания.
Система впрыска играет основополагающую роль в понижении уровня выбросов на этой стадии и при правильно сконструированной системе впрыска меры по снижению уровня выбросов на стадии дожига будут несущественны, а в некоторых случаях, не нужны.

Подход компании Honda с самого начала был основан на контроле уровня выбросов, насколько это возможно, именно на стадии предварительного сгорания. Начиная с превосходной конструкции двигателя, максимально эффективного управления системами подачи топлива и зажигания и, только после этого, системами дожига выхлопных газов.

Это привело к созданию Honda технологии CVCC (Compound Vortex Controlled Combustion – wiki — en.wikipedia.org/wiki/CVCC, в картинках ), которая позволила компании соответствовать экологическим стандартам до начала 80-х годов, при этом не устанавливая каталитические нейтрализаторы (катализаторы) на свои автомобили (американские авто уже вынуждены были их устанавливать лет 5).

Если в двух словах в этой технологии использовалась форкамера свечи зажигания, в которой воспламенялась обогащенная топливная смесь, которая затем зажигала обедненную топливною смесь непосредственно в цилиндре.

Все это «волшебство» приводило к полному сгоранию топливной смеси в камерах, тем самым существенно уменьшая количество вредных выбросов в атмосферу, а также сокращая расход топлива. Этот пример показывает как компания Honda обошлась без применения мер на стадии дожига, благодаря превосходной конструкции двигателя. Это было большое достижение.

Настолько большое, что такие компании как Ford и Chrysler тут же ринулись лицензировать новую технологию для использования в своем производстве. В 1975 Honda даже предложила лицензировать технологию CVCC General Motors, благодаря чему, те тоже могли бы отказаться от установки дорогих каталитических нейтрализаторов на свои автомобили. GM не захотел использовать технологию CVCC. Вот то, что генеральный директор GM, Ричард Герстенберг, сказал относительно технологии Honda: «Ну, я ознакомился с этой технологией. И это может быть и работает на каком-нибудь маленьком игрушечном мотоциклетном моторчике… Но я не вижу возможности использования этой технологии на одном из наших настоящих автомобильных двигателей General Motors». Через некоторое время это высокопарное заявление услышал Соитиро Хонда, глава и основатель компании Honda.

После высказываний Ричарда Герстенберга глава компании Honda, ничего не ответив, купил Сhevrolet Impala с 5,7-литровым V8 под капотом и доставил ее в Японию. Я думаю, вы догадываетесь, для чего. Соитиро поручил своим инженерам адаптировать систему СVCC под привезенную «американку». И знаете что? У них все получилось. Инженеры «Хонда» изменили впускной коллектор, головки блока цилиндров и карбюратор так, чтобы они могли использовать технологию СVCC. Затем модифицированную «Импалу» доставили на испытания в Анн-Арбор, где она с успехом их прошла. Технология СVCCC, которую высмеял Герстенберг, позволила пройти большому GM-овскому пожирателю топлива новые требования EPA по токсичности без использования катализатора. Мало того, мощность осталась та же — 160 л.с., а расход топлива сократился. Конечно это было не на 100% идеальным результатом, так как выбросы вредных веществ были выше, чем у машин, оборудованных катализатором. Но, тем не менее, CVCC V8 оказался намного чище и экономичнее других многолитровых двигателей той эпохи, а самое главное — он проходил экологические требования ЕРА.

Некоторые элементы конструкции двигателя, влияющие на уровень выбросов 1-й стадии:
• Фазы газораспределения (в частности VTEC в том числе)
• Число клапанов и их размещение
• Конструкция камеры сгорания
• Конструкция впускного коллектора

Именно внимание ко всем этим нюансам позволило компании Honda зарекомендовать себя как лидера в производстве транспортных средств с низким уровнем выбросов и хорошей экономией. Многие автопроизводители изо всех сил стараются идти в ногу с все более жесткими нормами выбросов. Honda в свое время производит автомобили, которые отвечают стандартам, опережающим нынешние на много лет вперед.

Системы контроля за выбросами после сжигания делятся на три основные категории:
— испарительного
— вентиляции картерных газов
— выхлопной системы.
Система выхлопа является наиболее важной из перечисленных и может включать в себя каталитические нейтрализаторы и системы импульсного нагнетания воздуха (на некоторых моделях). Эти системы обеспечивают дальнейшее сокращения выбросов после того, как отработанные газы покинули камеру сгорания.

1.3 Эволюция управления подачей топлива — От карбюратора к PGMFI

1.3.1 Вакуумные / Механические системы

С 1973 по начало 1980-х, Honda использовала традиционный вакуумные и механические системы контроля зажигания и топлива. Они использовали традиционный карбюратор в паре с механическим/вакуумным распределителем зажигания. Карбюраторы на CVCC двигателях несколько отличались от большинства, так как это, на самом деле, были два карбюратора в одном. В нем была камера, которая подавала богатую смесь в камеру предварительного сгорания, и секцию, которая обеспечивала бедную смесь в основной камере сгорания. Эта методика позволяла двигателям Honda работать на гораздо более обедненной смеси, чем это было возможно двигателям с традиционной камерой сгорания. В остальном системы зажигания и смесеобразования были просты до безобразия.

1.3.2 Карбюраторы с обратной связью

Предшественником системы впрыска PGMFI были карбюраторы с обратной связью, которые устанавливались практически на все модели Honda с 1984 года и использовались до появления PGMFI. И если PGMFI можно считать одним из самых ярких инженерных изобретений в истории Honda, так карбюраторы с обратной связью, я бы назвал одним из самых темных пятен инженерных мыслей товарищей из Honda Motor co. Такого количества ваккумных шлангов и исполнительных механизмов, которые скрывались под одним капотом, не было наверное ни у кого.

Карбюраторы с обратной связью использовали датчик кислорода O2 (лямбда-зонд) для контроля содержания кислорода в выхлопных газах. Также использовался электронный блок управления для контроля нескольких входных сигналов с датчиков, в том числе и датчика кислорода. При определенных условиях блок управления использовал данные от датчика кислорода для регулирования состава воздушно-топливной смеси (AFR). Такой режим работы блока управления называля closed loop (CL – замкнутая петля) и работал очень схоже на режим CL системы PGMFI.

Для того, чтобы контролировать соотношение AFR, блок управления посредством воздушных клапанов добавлял воздух во впускной коллектор. Эти системы могли только обеднить смесь, добавляя дополнительный воздух. Две различные системы управления воздухом использовались Honda, «М» и система «X». Система "X" была использована для больших корректировок воздуха, а система "М" была использована для более тонких корректировок.

Так как система обратной связи карбюратора не работает в режиме CL на холостом ходу, ее всегда следует проверять при 2000 оборотов в минуту и выше. В этих системах использовался вакуумный выключатель (наподобие нынешних датчиков положения дроссельной заслонки) который давал сигнал, что двигатель работает не на холостом ходу.

Если вся эта система работала как надо то все было «ОК», но если была какая-то проблема, то многих это могло повергнуть в ужас. Отслеживание утечек вакуума и диагностика неисправностей воздушных клапанов могло легко затянуться на целый день, а то и ночь.

Большинство производителей автомобилей использовали системы карбюраторов с обратной связью, чтобы перейти позже к системам впрыска. Было три основных подхода, используемых для управления соотношением AFR на таких карбюраторах.

— Контроль подачи топлива
наиболее часто используемый метод. Большинство производителей помещали контролирующий смесь соленоид(клапан) внутри карбюратора, и он неплохо работал. Из плюсов можно отметить, что такой подход добавлял под капотом один-два провода.
— Контроль подсоса воздуха
некоторые производители контролировали соотношение AFR, управляя подсосом воздуха.
Это способ также неплохо работал, и добавлял несколько небольших вакуумных трубок.
— Контроль впускаемого воздуха
ну и как обычно Honda )). Насколько мне известно, Honda была единственным крупным производителем, которая решила контролировать AFR смеси путем прямого добавления воздуха во впускной коллектор. Для этого требовались довольно значительные объемы воздуха. Эта система превратила моторный отсек Honda тех годов в «лес» вакуумных шлангов и клапанов.

1.3.3 PGMFI / до OBD-II

В 1985 году Honda представила свою систему впрыска PGMFI на некоторых моделях. К 1988 году все гражданские модели Honda уже использовали эту систему впрыска. Модель Accord перешла полностью на инжекторный впрыск к 1990 году, а затем к 1991 году подтянулся и Prelude. Система впрыска PGMFI была спроектирована собственными инженерами Honda и, скажем прямо, очень удачно спроектирована! Система и ее базовая конструкция остается относительно неизменной на протяжении многих лет. Новейшие системы PGMFI используют больше данных, больше систем управления, а также имеют более мощные процессоры, чем предыдущие системы, но по-прежнему очень похожи на своего самого старшего собрата, разработанного в далеком 1985 году.

Электронная система управления двигателем имеет множество преимуществ по сравнению с ранними вакуум / механическими системами и системами карбюраторов с обратной связью. Во-первых все системы двигателя могут контролироваться всего одним процессором. И еще несколько огромных плюсов:
1. Электронный блок управление (ECM) может постоянно корректировать выходные данные, основанные на изменении входных данных.
2. Система может поддерживать очень низкий уровень вредных выбросов, управляя топливной системой и системой зажигания параметрами близкими к оптимальным.
3. Даже если считываемые параметры с датчиков утеряны (в случае обрыва цепи или неисправности датчика) или сильно выходят за пределы, ЕСМ может игнорировать этот сигнал и прибегать к использованию внутренних сохраненных значений.
4. ECM может обеспечить определенный уровень самодиагностики при обслуживании авто.

Поначалу PGMFI был представлен в двух вариантах. Это DPI (двухточечный впрыск) и MPI (многоточечный впрыск). DPI устанавливался только на некоторых моделях Civic 1988-91 годов. На этих системах было установлено 2 топливных форсунки (одна до дроссельной заслонкой, вторая после).

Система MPI до сих пор наиболее используемая и популярная. Основная часть информации в данном руководстве сосредоточена именно на системе MPI. Тем не менее, большая часть информации относится к обеим системам.

Основные режимы работы двигателя, которые распознает и которыми управляет система впрыска PGMFI:
— холодный запуск
— прогрев
— ускорение
— замедление
— круизные режимы
— полная нагрузка
— работа на холостом ходу.
PGMFI управляет всеми этими режимами исходя из показаний датчиков и заранее запрограммированных таблиц в память блока управления ECM.

1.3.4 PGMFI / OBD-II

Позднее система управления PGMFI получила разъем линии передачи данных (DLC) с которым и дошла до наших дней. Базовый дизайн начиная с 90-х практически не изменился, но возможность получения потока данных online подняло данную систему на новый уровень. Возможность узнать код неисправности и просматривать параметры работы двигателя в реальном времени намного упростили диагностику и обслуживание двигателя.

2-х и 3-х контактные разъемы используемые начиная с 90-х годов на Civic/Accord/Prelude и других работали по собственному протоколу передачи данных и не являлись OBD-II совместимыми. Начиная с 1995 года и позже многие автомобили компании уже были переведены на 16-пиновый протокол OBD-II.

1.4 ECU, ECM, TCM, или PCM?

Как же верно назвать электронный блок управления ECU, TCM, ECM или PCM? Это зависит от года, модели и того насколько вы хотите соответствовать принятой терминологии OBD-II . Давайте попробуем разобраться:

ECU
Honda, в прошлом, называла все свои электронные блоки управления PGMFI (ECU). В последующей стандартцизации, согласно правилам J1930 стандарта OBD-II, термин ECU больше не используется.

ECM
Модуль управления двигателем ( Engine Control Module – ECM ) является "корректным OBD-II" термином для процессора, который контролирует системы управления двигателем. ЕСМ обычно не управляет работой трансмиссии.

TCM
Модуль управления трансмиссией ( Transmission Control Module – TCM ) является "корректным OBD-II" термином для процессора, который управляет в первую очередь трансмиссией (в частности АКПП).

PCM
Модуль управления силовым агрегатом ( Powertrain Control Module – PCM ) является "корректным OBD-II" термином для процессора который одновременно контролирует как системы управления двигателем так и трансмиссии.

Автоматические коробки передач устанавливаемые на Accord с 1990 по 1995 год управлялись отдельным TCM.

Совмещение электронных блоков ECM и TCM в PCM произошло на моделях Accord с 1996 года. Civic никогда не использовали отдельный TCM. На моделях Civic 1996 года и более новых, ЕСМ выполнял основные функции управления трансмиссии и поэтому тоже стал называться PCM.

Prelude сохранил отдельный блок TCM для управления АКПП начиная с 1988 года и до конца выпуска модели.

Важно понимать, что автоматические трансмиссии Honda управлялись либо отдельным блоком TCM или определенным, специальным разделом в блоке управления PCM. Автоматический контроллер передачи поддерживает свой собственный набор DTC (Diagnostic trouble code — диагностический код неисправности) и будет оповещать об этом загоранием индикаторов "S" "S3" или "D4". MIL (Malfunction indicator light – обычно лампа Сheck engine) будет подсвечиваться только в том случае, если неисправность трансмиссии будет воздействовать на уровень вредных выбросов и работу двигателя.

Для простоты, в рамках этого учебного материала "ЕСМ" будет использоваться для обозначения блока, который управляет системой PGM FI, хотя это может быть фактически и PCM.

1.4.1 Расположение ECM

Honda размещала в своих моделях ECM в разных местах. На ранних моделях они находились под одним из передних сидений. На ранних Prelude этот блок мог быть установлен за внутренней панелью заднего сиденья. Позже блоки ECM (как и TCM) перекочевали на привычное место под ногами пассажира. Блоки, установленные на полу ранних моделей авто были очень чувствительны даже к незначительному воздействию влаги.

1.4.2 Конструкция ECM

Все блоки упраления Honda ЕСМ программируются исходными параметрами двигателя на заводе и не имеют возможности перепрограммирования (про Hondata, Hondavert и другие поговорим позже). Каждый ЕСМ программируется с учетом специфики модели автомобиля, на который он устанавливается. Некоторые параметры, добавленные в память ЕСМ это рабочий объем двигателя, степень сжатия и различные другие параметры двигателя и трансмиссии. Кроме того, чтобы блок был защищен от перепрогаммирования, Honda ЕСМ не имеют съемных чипов. Т.е. нельзя используя инструмент сканирования изменять какой-то из параметров работы двигателя. Некоторые инструменты сканирования позволяют вам использовать двунаправленный режим для тестирования соленоидов АКПП путем их активации.

В блоках Honda ECM очень редко возникают проблемы. Они очень надежны и, как правило, при диагностике проблемы неисправность блока следует рассматривать только в последнюю очередь. Как правило, некорректные выходные показания от блока управления связаны с неверным входным сигналом от какого-то датчика. За все время компания отозвала небольшое количество ECU, которые были установлены на небольшом количестве Civic.

1.5 Адаптивное обучение

Начиная с блоков управления OBD-II, оснащенных Honda с 1996 года, ECM стал «обучаемым» под необходимые топливные характеристики каждого отдельного автомобиля. Концепция адаптивного обучения блоков Honda заключается в том, чтобы изучить потребность в топливе конкретного автомобиля и по этим данным скорректировать время впрыска (PW – pulse width) форсунок по отношению к базовым (изначально запрограммированным).

Одним из параметров который при этом анализирует ЕСМ это Long Fuel Trim (LTFT – долгосрочная топливная корректировка).

Этот параметр (LTFT) указывает насколько ECM должен увеличивать или уменьшать время впрыска форсунок (PW) по отношению к базовому, чтобы поддерживать оптимальные настройки топливной подачи. Базовое значение LTFT – 1.0. Например, если ECM постепенно повысит время впрыска на 10% для поддержания оптимального AFR, показатель LTFT выйдет на значение 1.1.

Следует понимать, что параметр LTFT отражает изменение PW от заданных по умолчанию заводских данных, но не обязательно показывает изменение расходуемого КОЛИЧЕСТВА топлива. Рассмотрим на примере:

• Имеем автомобиль Honda c старым топливным фильтром, который частично забит.
• Эта ситуация в конечном итоге снижает давление в топливной рампе форсунок на 5 фунтов
• При более низком давлении топлива, меньшее количество топлива поступает по той же форсунке PW
• Датчик кислорода посылает сигнал об обеднении смеси и требует большего количества топлива от ЕСМ
• Модуль ECM увеличивает PW, подавая необходимое количество топлива для возврата показаний датчик кислорода в норму

В этом примере мы видим, что увеличение PW должно было компенсировать падение давления топлива в рейке. Но количество топлива, подаваемого в двигатель, осталось такое же, хотя PW и было увеличено. Это показывает, как параметр LTFT часто может быть использован для обозначения проблемы, которая развивается в системе подачи топлива.

Это отклонение от нормы стало известно ECM и отражается параметром LTFT. Этот «обучающий» параметр также используется для изменения состава топливной смеси во время работы двигателя в режиме Open Loop (OL – открытый цикл). Когда Honda находится в режиме OL, ECM опирается при работе на внутренние таблицы (запрограммированные заранее) определения PW в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя. Если в процессе работы в режиме Closed Loop (CL – закрытая петля) ECM «узнает», что двигатель нуждается в 10% увеличении PW, чем это ожидалось согласно дефолтным таблицам, то логично, что должно увеличиваться на 10% PW и при работе в OL. Отметим, что если потеряно питание ECM то параметр LT FT будет установлен обратно на 1. Будет необходимо некоторое время (несколько поездок), чтобы «переучить» ECM.

Поэтому рекомендуется сбрасывать DTC с помощью сканера (а не снимая клемму аккумулятора или доставая предохранитель ECM), чтобы не потерять уже «обученный» параметр LTFT. Поэтому надо информировать людей, что, например, после замены аккумулятора автомобиль может «ехать» немного по-другому, пока ECM не «обучится» нужным параметрам топливной подачи.

Незначительные отклонения LTFT от стандарта "1" являются нормальными. Отклонение в районе ± 5% может свидетельствовать о развивающейся проблеме с топливной системой. ECM будет зажигать код MIL, если параметр LTFT превышает ± 20%.

1.6 Безотказность

Инженеры Honda проделали фантастическую работу по разработке системы PGMFI в плане безотказности. Очень редко, что автомобиль Honda «встает колом» из-за PGMFI. Самое главное, что все выходные данные EСМ, которые сопровождаются изменением напряжения, происходят при замыкании сигнала от ECM на «землю» (поэтому электронное управление системами впрыска на Honda часто называют управлением по «минусу»). Поэтому КЗ никак не повредит ЭБУ.

На этом лимит знаков закончен, но по первой части все, дальше будет больше)