Jak elektronický plynový pedál funguje a funguje – průvodce krok za krokem
Mechanický plynový pedál, známý mnohým ze staré domácí techniky, je navržen velmi jednoduše. V něm je páka propojena lankem se škrticí klapkou karburátoru a při sešlápnutí pedálu se ventil prostě otevře silněji a zvýší se přísun paliva. Ale toto jednoduché schéma je zastaralé. V dnešní době je široce používán elektronický systém, který má oproti svému mechanickému protějšku řadu výhod. Navíc u motorů se vstřikováním je mechanická verze velmi rozmarná a elektronika funguje mnohem lépe.
Vlastnosti elektronického plynového pedálu.
- 1 Zařízení a princip činnosti
- 2 Výhody a nevýhody elektronického pedálu
- 3 Správné nastavení
- 4 Poruchy elektronického plynového pedálu
- 4.1 Když je nutná výměna
Zařízení a princip činnosti
Princip fungování elektronického plynového pedálu není teoreticky příliš složitý. V podstatě toto zařízení funguje na principu reostatu, který hlídá polohu páky. Uvnitř jsou kontakty kolejnic, které se vzájemně duplikují pro větší spolehlivost. V závislosti na poloze páky jsou data přenášena do elektronické řídicí jednotky ECU, která řídí polohu tlumiče karburátoru, jeho otevírání nebo zavírání. K tomu slouží malý elektromotor s převodovkou. Konstrukce elektronického plynového pedálu je samozřejmě mnohem složitější než takový jednoduchý obvod. Zahrnuje mnoho senzorů a kontrolních mechanismů. Řídí přívod paliva, i když je pedál v jedné poloze, a přizpůsobují se sebemenší změně rychlosti vozidla a okolním podmínkám. Dnes nejsou žádné problémy se startováním motoru v jakémkoli ročním období a udržováním jeho optimálního provozu, protože téměř všechna moderní auta mají elektronický plynový pedál. Díky tomuto jednoduchému zařízení se život automobilových nadšenců výrazně zjednodušil.
Výhody a nevýhody elektronického pedálu
Když toto zařízení vzniklo, o pohodlí řidiče se nemluvilo. Jednoduše to umožnilo zvýšit ekologičnost vozu a uvolnit místo od kabelů a další mechaniky, což umožnilo zjednodušit konstrukci. Ale uplynulo hodně času a nyní lze elektronickou verzi nalézt téměř ve všech autech. Během tohoto období se ukázaly všechny výhody a nevýhody.
- Ekologické elektronické řízení motoru snižuje množství výfukových plynů, protože rychlost je přísně kontrolována.
- Plynulý chod – elektronická řídicí jednotka nedovolí příliš prudce měnit otáčky motoru.
- Větší účinnost – opět díky přísné kontrole rychlosti se snižuje spotřeba paliva.
- Snadné startování motoru v každém ročním období. „Studený start“ v zimě je snadný a jednoduchý, bez ručního šamanismu s plynem, který může skončit zatopením zapalovacích svíček.
Existují však i nevýhody:
- Nemožnost opravy. Pokud se některá jednotka porouchá – samotný pedál, ECU nebo řídicí jednotka tlumiče, bude nutné vyměnit celou jednotku.
- Výhodou je také zpoždění odezvy. Některým řidičům se ale nelíbí, že od sešlápnutí pedálu do zvýšení rychlosti uplyne nějaký čas. I když to většině lidí nevadí. Tento problém se často řeší jednoduše úpravou.
- Jemný tlak – není cítit téměř žádný odpor. Některým lidem se to nelíbí, zvláště těm, kteří jsou zvyklí „cítit auto“.
Nevýhody nejsou příliš výrazné. Nejzávažnější je první, ale musíme vzít v úvahu, že obecně je toto zařízení mnohem spolehlivější než mechanické s kabelem. Proto se láme mnohem méně často.
Správné nastavení
Nastavení elektronického plynového pedálu se u různých modelů automobilů liší, protože ačkoli je použit stejný princip, design je odlišný. Proto je lepší hledat informace o vašem modelu na internetu. Vezměme si příklad, jak se to dělá u vozů Lada, jejich rozdíly jsou malé:
- Vyjměte pedál z držáku.
- Povolte šrouby, které drží kryt. Jeden z nich fixuje polohu krytu, musí být zcela odšroubován.
- Otočte kryt ve směru hodinových ručiček až na doraz a šrouby znovu utáhněte.
Díky tomu bude pedál citlivější. Někteří poznamenávají, že začne fungovat téměř stejně rychle jako mechanický. Výkon motoru jako celku se může zlepšit a auto se rozjede bez cukání. Jsou zaznamenána i další vylepšení. Pokud je naopak nutné snížit citlivost, je nutné otočit uzávěrem proti směru hodinových ručiček. Auto se stává „promyšlenějším“. Plynový pedál mnoha dalších modelů je nastaven stejným principem, ale mají své vlastní konstrukční prvky. Na internetu jsou tipy na vylepšení vnitřní konstrukce – umístěním různých těsnění pod páku atd. To nelze provést, protože tato těsnění mohou spadnout a dostat se na kontakty nebo zablokovat páku, což způsobí ztrátu kontroly nad vozem.
Poruchy elektronického plynového pedálu
Všechny problémy se většinou týkají elektrické části, tam není co rozbít – je použito minimum mechaniky. Pedál má senzory, které měří jeho polohu, vše je propojeno s řídící jednotkou, nechybí elektromotor tlumiče. Poruchy proto mohou být následující:
- Porucha jednoho ze snímačů se projeví pomalým zvyšováním otáček motoru.
- Selhání obou senzorů bude mít za následek alarm na panelu.
- Závady v elektroinstalaci mohou způsobit, že klapka nebude správně fungovat.
- Porucha motoru škrticí klapky způsobí, že se na panelu objeví alarm.
Odhalit a zkontrolovat vadnou část elektronického plynového pedálu je tedy celkem snadné. Oprava spočívá v úplné výměně poškozené jednotky. Poté se zkontroluje činnost pedálu.
Když je nutná výměna
Jak již bylo zmíněno, toto zařízení je poměrně spolehlivé a skládá se z různých bloků. Výměna všech najednou obvykle není nutná. V případě poruchy můžete rychle identifikovat vadnou jednotku a vyměnit ji. Nelze je opravit, pouze vyměnit. Není těžké to udělat sami nebo jít do servisu, kde opravy také nezaberou mnoho času.
Podstata konstrukce elektronického pohonu akcelerátoru spočívá v tom, že škrticí klapka se nepohybuje jako obvykle pomocí lanka a táhel přímo spojených s plynovým pedálem v kabině, ale pomocí elektromotoru pracujícího pod elektronickým řízením. V tomto případě chybí tradiční mechanické spojení mezi plynovým pedálem a škrticí klapkou.
To znamená, že řidičova změna polohy pedálu plynu je převedena na elektrický signál a přenesena do řídicí jednotky, která zase řídí pohyb škrticí klapky.
Tato organizace interakce umožňuje řídící jednotce měnit polohu škrticí klapky a ovlivňovat velikost točivého momentu motoru i v případě, že řidič nemění polohu plynového pedálu.
Porovnejme staré a nové způsoby řízení.
Mechanické ovládání plynu
Řidič přímo ovládá polohu plynového pedálu. V tomto případě nemůže řídicí jednotka motoru ovlivnit polohu škrticí klapky. Pro změnu točivého momentu motoru tedy musíte ovlivňovat další parametry režimu motoru, například v době zážehu a vstřikování paliva, což zpravidla není vždy účinné a správné. Pouze když řidič nesešlápne plynový pedál, tedy v režimu volnoběhu a když je v činnosti tempomat, je motor řízen elektronicky.
Elektronické ovládání plynu
U této metody je pohyb škrticí klapky vždy řízen elektronicky. Řidič v souladu se svými záměry změnit otáčky motoru působí na pedál plynu. Polohu pedálu sledují čidla a signály z nich jsou přenášeny do řídicí jednotky motoru. Z něj dostává elektromotor povel k pohybu škrticí klapky velmi specifickým způsobem v souladu se změnami polohy plynového pedálu. V případech, kdy je potřeba změnit točivý moment motoru z důvodu bezpečnosti provozu nebo úspory paliva, může řídicí jednotka motoru měnit polohu plynu nezávisle, aniž by řidič měnil polohu plynového pedálu.
Nová kvalita řízení tedy spočívá v tom, že řídící jednotka nastavuje polohu škrticí klapky v souladu s přáním řidiče, potřebou zajistit bezpečnost provozu, snížit spotřebu paliva a ekologickými požadavky. Elektronické řízení je realizováno změnou polohy škrticí klapky, plnicího tlaku, časování vstřiku paliva a časování zapalování a také pomocí technologie deaktivace válců.
Dosažení optimálního točivého momentu
Řídicí jednotka motoru zpracovává vnější vlivy a vnitřní požadavky na velikost točivého momentu motoru a na základě algoritmu firmwaru vypočítává požadovanou velikost točivého momentu. Tato metoda je mnohem přesnější a účinnější než mechanická.
Vnější vlivy vznikají:
- akce řidiče;
- automatická převodovka (v okamžiku přepnutí);
- systém klimatizace (zapínání a vypínání kompresoru);
- zatížení generátoru;
- brzdový systém;
- tempomat (GRA).
Vnitřní požadavky vyplývají z:
- podmínky spouštění motoru;
- zahřívání katalyzátoru;
- nucená regulace volnoběžných otáček (MSR);
- omezení výkonu;
- omezení otáček motoru;
- regulace složení směsi podle obsahu kyslíku ve výfukových plynech;
- ze systému kontroly trakce (ASR).
Jakmile je vypočítán optimální točivý moment motoru, je porovnán se skutečným točivým momentem, který je určen z otáček motoru, údajů o zatížení motoru a časování zapalování. Pokud se hodnoty při porovnávání neshodují, řídící jednotka motoru určí směr a velikost požadovaného komplexního vlivu na systémy motoru, aby bylo dosaženo shody mezi skutečným točivým momentem a optimálním.
K tomu se mění parametry, které ovlivňují proces změny točivého momentu motoru na relativně dlouhou dobu. Jedná se o úhel otevření škrticí klapky a plnicí tlak u přeplňovaných motorů. Navíc dochází k ovlivnění charakteristik, které poměrně rychle mění velikost točivého momentu. Jedná se o časování zapalování, časování vstřikování paliva a deaktivaci válce (válců).
Jako příklad praktické realizace pohonu elektronického akcelerátoru uvažujme blokové schéma podobného systému ve vozech AUDI.
Blokové schéma systému elektronického pohonu plynu pro vozy AUDI
Blokové schéma systému elektronického pohonu škrticí klapky je na Obr. 1.
- modul pedálu plynu;
- řídicí jednotka motoru;
- modul ovládání škrticí klapky;
- elektronická kontrolka plynu.
Modul pedálu plynu
Tento modul nepřetržitě zjišťuje polohu plynového pedálu pomocí senzorů a přenáší odpovídající informace v analogové podobě do řídicí jednotky motoru.
Skládá se z plynového pedálu, snímače polohy plynového pedálu 1 G79 a snímače polohy plynového pedálu 2 G185 (obr. 2).
Pro zvýšení spolehlivosti modulu jsou použity dva identické senzory, tato implementace je vypůjčena ze specializovaných systémů a není nijak zvlášť nová.
Řídicí jednotka motoru přijímá informace z obou snímačů polohy plynového pedálu a určuje polohu pedálu v daném okamžiku. Snímače jsou konstrukčně potenciometry s kluzným kontaktem uloženým na společné hřídeli (obr. 3). Při každé změně polohy pedálu se mění odpor snímačů a podle toho i napětí, které je přenášeno do řídící jednotky motoru.
Pro zvýšení spolehlivosti má každý snímač polohy plynového pedálu svůj vlastní napájecí vodič 5 V (červený), vlastní zemnicí vodič (hnědý) a vlastní výstupní signál (zelený vodič). Snímač G185 je zatížen přídavným odporem (obr. 4). To má za následek dvě různé charakteristiky analogových signálů. V řídicí jednotce jsou signály snímačů analyzovány v procentech. To znamená, že 100 % odpovídá 5 V v obvodu bez zátěžového odporu.
Režimy „kick-down“ a klidový režim jsou označeny mezními hodnotami napětí. Spínač otáček volnoběhu je umístěn v modulu ovládání škrticí klapky.
Zvažme provoz jednotky, když dojde k poruše.
Činnost systému pohonu škrticí klapky v případě poruch
Z jednoho ze snímačů nevychází žádný signál
- Informace o poruše se zapíše do záznamníku závad a rozsvítí se kontrolka elektronického pohonu akcelerátoru.
- Motor se přepne do režimu volnoběhu. Během určité doby řízení se přečtou informace z druhého snímače, pokud jsou rozpoznány, systém se vrátí do normálního režimu řízení pohybu vozidla.
- Při úplném sešlápnutí plynového pedálu se otáčky motoru zvýší, ale pomaleji než normálně.
- Kromě toho je režim volnoběhu detekován na základě analýzy polohy pedálu pomocí spínače brzdových světel F nebo spínače polohy brzdového pedálu F47.
- V režimu nuceného volnoběhu jsou komfortní funkce, jako je tempomat nebo ovládání motoru, deaktivovány.
Z obou senzorů není žádný signál
- Informace o poruše se zapíše do záznamníku závad a rozsvítí se kontrolka elektronického pohonu akcelerátoru.
- Motor pracuje pouze při vysokých volnoběžných otáčkách (maximálně 1500 ot./min) a nereaguje na sešlápnutí plynového pedálu.
Je možné, že současnou poruchu dvou senzorů řídicí systém nerozpozná. V tomto případě se výstražná kontrolka nerozsvítí a motor bude pracovat při vysokých volnoběžných otáčkách a nebude reagovat na sešlápnutí plynového pedálu.
Řídicí jednotka motoru
Tato jednotka (viz obrázky 5 a 6) analyzuje, monitoruje a řídí systém elektronického ovládání škrticí klapky na základě vnějších vlivů a vnitřních systémových požadavků. Skládá se z funkčních a řídicích modulů.
Funkční modul přijímá signály ze senzorů, zpracovává je a ovládá akční členy. Navíc se provádí vzájemná kontrola obou modulů pomocí funkce „otázka-odpověď“. Pokud dojde k poruše, mohou oba výpočetní moduly nezávisle zastavit motor působením na modul ovládání škrticí klapky (zapalování a vstřikování paliva).
8 — prohlížení bloku měřených parametrů.
Modul ovládání škrticí klapky
Tento modul zajišťuje požadované množství vzduchu vstupujícího do válců. Skládá se z následujících uzlů (viz obr. 7):
- těleso škrticí klapky;
- těleso škrticí klapky;
- pohon škrticí klapky G186;
- Snímač úhlu ovladače škrticí klapky 1 G187;
- Snímač úhlu ovladače škrticí klapky 2 G188.
Řídicí modul škrticí klapky J338 je umístěn na sacím potrubí výrobcem je zakázáno jej otevírat nebo opravovat. Po výměně modulu ovládání škrticí klapky je nutné provést reset.
Podívejme se na fungování modulu.
Pohon škrticí klapky vykonává funkci pohybu ventilu. Jedná se o elektromotor, který pracuje v souladu s příkazy z řídicí jednotky. Pohon prostřednictvím převodového mechanismu mění polohu škrticí klapky, čímž se dosahuje plynulého pohybu z polohy volnoběhu do polohy plného plynu.
Signály ze snímačů úhlu polohy škrticí klapky jsou úměrné míře jejího otevření a jsou odesílány do řídicí jednotky motoru.
Pro zvýšení spolehlivosti systému jsou instalovány dva senzory.
Oba snímače (viz obr. 8) mají společný napájecí vodič (červený) a společný zemnicí vodič (hnědý). Každý senzor má vlastní signální vedení (zelený vodič). Pohon škrticí klapky je ovládán samostatnou sběrnicí (modrý vodič).
Polohy plynu
Škrticí ventil může být v různých polohách (viz obr. 9 a 10).
Obr. 9
Spodní mechanický doraz
V této poloze je škrticí klapka uzavřena. Tento omezovač je nezbytný pro nastavení výchozí polohy modulu ovládání škrticí klapky.
Spodní elektronický omezovač
Je určen řídicí jednotkou motoru a je umístěn mírně nad spodním mechanickým omezovačem. Při běžícím motoru se škrticí klapka uzavře k elektronickému spodnímu omezovači, který zabraňuje kontaktu škrticí klapky s tělem.
Nouzová situace
Když je pohon škrticí klapky bez napětí, přejde pomocí vratné pružiny do nouzové polohy. V této poloze je klapka mírně otevřená a při vysokých volnoběžných otáčkách je povolen velmi omezený pohyb vozidla.
Horní elektronický omezovač
Určeno řídicí jednotkou motoru. Neovlivňuje točivý moment motoru, protože leží v zóně „vlnové oscilace“ škrticí klapky (úplně otevřená poloha škrticí klapky, při které mírně vibruje).
Horní mechanický doraz
Nachází se nad horním elektronickým omezovačem. Také to neovlivňuje točivý moment motoru, protože leží v zóně „vlnové oscilace“ škrticí klapky.
Provoz při poruše ovladače škrticí klapky
Když selže ovladač škrticí klapky, dojde k následujícímu:
- škrticí klapka se automaticky přesune do nouzové polohy.
- Tato situace se zapíše do záznamníku poruch a rozsvítí se kontrolka elektronického akcelerátoru.
- Řidič má stále možnost nouzového ovládání.
- Komfortní funkce, jako je tempomat, jsou deaktivovány.
Snímače úhlu škrticí klapky 1 a 2
Oba snímače (označení G187 a G188) jsou potenciometry. Kluzné kontakty jsou namontovány na ozubeném kole, které je umístěno na hřídeli škrticí klapky.
Při změně polohy plynu se mění odpor potenciometrů a podle toho i signálové napětí, které je přenášeno do řídící jednotky motoru. Grafy napětí versus úhel natočení obou potenciometrů (obr. 11) jsou asymetrické, takže řídicí jednotka motoru může potenciometry od sebe odlišit a provádět testovací funkce.
Po zpracování jsou signály senzoru měřeny v procentech. To znamená, že 0 % odpovídá spodnímu mechanickému omezovači, 100 % odpovídá hornímu elektronickému omezovači.
Provoz při absenci signálů z úhlových snímačů
Řídicí jednotka motoru přijímá slabý, nerozeznatelný signál nebo jej vůbec nepřijímá z jednoho z úhlových snímačů
- Chyba se zapíše do záznamníku poruch a rozsvítí se kontrolka elektronického akcelerátoru K132.
- Subsystémy, které mají určitý stupeň řízení točivého momentu (např. tempomat, řízení nuceného volnoběhu), jsou deaktivovány.
- Signál zatížení se používá k ovládání zbývajícího snímače.
- Plynový pedál funguje normálně.
Řídicí jednotka motoru přijímá slabé, nerozeznatelné signály nebo je nepřijímá od obou úhlových snímačů
- Chyba se zapíše do záznamníku poruch a rozsvítí se kontrolka elektronického akcelerátoru K132.
- Pohon škrticí klapky je deaktivován.
- Motor pracuje pouze při vysokých volnoběžných otáčkách 1500 ot./min a nereaguje na sešlápnutí plynového pedálu.
Elektronická kontrolka akcelerátoru
Kontrolka elektronického akcelerátoru K132 (viz obr. 11) signalizuje poruchu. Nachází se na přístrojové desce – žlutá kontrolka s nápisem „EPC“ (Electronic Power Control – elektronické řízení výkonu, v našem případě – elektronický pohon akcelerátoru).
Provozní režim lampy
Po zapnutí zapalování se kontrolka rozsvítí na 3 sekundy. Pokud v záznamníku závad nejsou žádné záznamy a tato závada není detekována, kontrolka zhasne. Pokud v systému dojde k poruše, řídicí jednotka motoru rozsvítí kontrolku a porucha se zapíše do záznamníku poruch.
Pracujte, když lampa selže
Porucha lampy nemá žádný vliv na činnost elektronického pohonu akcelerátoru, ale tato porucha je zaznamenána v záznamníku poruch a není možné zjistit výskyt skutečné poruchy v systému, ale můžete všimněte si, že když zapnete zapalování, kontrolka se po dobu 3 sekund nerozsvítí.
Další signály používané při ovládání elektronického pohonného systému
Spínač brzdových světel F a spínač polohy brzdového pedálu F47
Oba snímače jsou umístěny v jedné jednotce na brzdovém pedálu. Signál „Brzdový pedál sešlápnut“ (viz část funkčního schématu na obr. 12) využívá systém elektronického pohonu akcelerátoru následovně:
- vede k deaktivaci tempomatu;
- slouží k zavedení režimu volnoběhu, když selže jeden ze snímačů polohy plynového pedálu.
Spínač polohy brzdového pedálu F47 slouží ke zvýšení spolehlivosti systému jako druhý zdroj informací pro řídicí jednotku motoru.
Když jeden ze snímačů selže nebo jsou signály detekovány jako nerozeznatelné, řídicí jednotka motoru provede následující akce:
- komfortní funkce, jako je tempomat, jsou deaktivovány;
- Pokud je navíc vadný jeden ze snímačů polohy plynového pedálu, motor běží na vysoké volnoběžné otáčky.
Spínač brzdového signálu F (viz obr. 12) je ve výchozí poloze rozpojen a je napájen ze svorky „30“. Spínač brzdového signálu F je ve výchozí poloze sepnutý a je napájen ze svorky „15“.
Spínač polohy spojkového pedálu F36
Řídicí jednotka motoru na základě signálu z polohového spínače spojkového pedálu rozpozná sešlápnutou polohu spojkového pedálu. V tomto případě jsou tempomat a ovládání zatížení motoru deaktivovány.
Spínač F36 je ve výchozí poloze sepnutý (viz obr. 12) a je napájen ze svorky „15“. Spínač polohy spojkového pedálu není ovládán autodiagnostikou. Neexistuje žádné ustanovení pro nahrazení signálu z něj.
F – spínač brzdových světel
F36 – spínač polohy pedálu spojky
F47 – spínač polohy brzdového pedálu
G79 – snímač polohy plynového pedálu 1
G185 – snímač polohy plynového pedálu 2
G186 – pohon škrticí klapky
G187 – Snímač úhlu škrticí klapky 1
G188 – Snímač úhlu škrticí klapky 2
J. – řídící jednotka motoru
J285 – řídící jednotka s indikačním modulem na přístrojové desce
J338 – modul ovládání škrticí klapky
K132 – elektronická kontrolka akcelerátoru
A – datová sběrnice CAN
B – rychlostní signál
D – kompresor klimatizace „on/off“
E – diagnostická zásuvka
Autodiagnostika
Tato část je nezbytná pro specialisty, kteří mají vybavení a byli vyškoleni výrobcem nebo oficiálním prodejcem.
Diagnostický, měřicí a informační systém VAS 5051 může ve vztahu k elektronickému pohonu akcelerátoru provádět následující autodiagnostické funkce:
–02 — požadavek na záznam poruch;
–03 — diagnostika akčních členů;
–04 — nastavení výchozí polohy;
–05 — vymazání záznamníku poruch;
–06 — konec provádění úlohy;
–08 — prohlížení bloku měřených parametrů.
