Электронная система управления двигателем: функции и назначение

Электронная система управления двигателем (далее будем употреблять аббревиатуру ЭСУД для экономии текста) – это бортовой компьютер автомобиля, который управляет объединёнными системами впрыска, выпуска и всеми электронными системами в машине. Как правило, современный бензиновый и дизельный моторы не обходятся без блока управления. Раньше же автомобили обходились полностью без него, но они работали хуже, не так экономично и не позволяли раскрыть всего потенциала автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.

Виды систем

Делятся компьютеры, что управляют мотором на несколько видов. Основным классификатором является то, какие функции в каком конкретном автомобиле возлагаются на компьютер. Условно все их можно поделить на:

• ECM (Engine Control Module) – отдельно блок управления мотором.
• ECU (Electronic Control Unit) – совместный блок управления, в котором объединено управление двигателем, электронной подвеской и прочим.

Так на сегодняшний день чаще всего применяется объединённый блок для всего: от электронной подвески до системы управления безопасностью. Это удобно так, как устанавливается один компьютер, к которому уже подходят провода со всех датчиков и элементов. В то время как при иной компоновке происходит разделение ролей и приходится продумывать как прокладывать проводку в машине. Хотя, с другой стороны, если один блок выйдет из строя, то все остальные останутся в рабочем состоянии и помогут остановить машину. Так, если вышел блок управления двигателем, то тормозная система, контролируемая иным компьютером действительно может спасти жизнь. Единый контроллер включает в себя несколько модулей:

• Моторно-трансмиссионный.
• Блок контроля тормозной системой.
• Центральный модуль управления.
• Синхронизационный модуль.
• Контроллер кузова.
• Модуль контроля подвески.

Каждый контроллер может выполнять некие совмещенные функции, но, как правило, ранее блок управления автоматической коробки переключения передач выполнен отдельно, чтобы не нагружать его иной работой и обеспечивать быстрое и синхронное переключение передач. Далее, когда начали использовать более мощные микропроцессорные устройства, то создали моторно-трансмиссионный модуль, в котором объединили функции, для более компактного размещения в машине. Такая компоновка позволяет минимизировать потери пространства. Так, в автомобилях ВАЗ, в первых инжекторных моделях, компьютер занимал половину бардачка. То есть, в предыдущих моделях блока не было, а когда пришли к его использованию, то не нашли лучшего места для его размещения, чем положить в бардачок, и занять им свободное пространство хозяина машины. Позже для компьютера нашли отдельное место между подкапотным пространством и салоном автомобиля. В общем, компьютер всегда располагают так, чтобы к нему можно было легко получить доступ, так как для его диагностики нужно подключаться к нему, чтобы увидеть ошибки и исправить их.

Устройство ЭСУД

В этом разделе мы рассмотрим то, что входит в состав контроллера, как он работает и за счет чего происходит контроль над мотором и прочими элементами. Если же брать как пример электронных систем максимально простой автомобиль, те же самые первые инжекторные автомобили ВАЗ, где компьютер управляет только мотором, то здесь все остальные элементы машины чисто механические. А блок выглядит чуть больше коммутатора от бесконтактного зажигания.

Устройство контроллера

Электронная система управления двигателем включает в себя массу различных элементов, главным из которых, конечно же, является бортовой компьютер. Представляет он из себя микропроцессорное устройство имеющие специальное назначение. Внутри располагается почти то же самое, что и у обычного настольного компьютера: оперативное запоминающие устройство (ОЗУ) и программируемое постоянное устройство запоминания (ППЗУ). ОЗУ необходимо компьютеру, чтобы хранить постоянно изменяющуюся информацию, например, характер работы двигателя в определенный момент. Здесь же храниться и все ошибки, что возникают в процессе работы машины, отсюда берутся эти показания и высвечиваются на приборной панели водителя в виде специальных ламп, или же, при наличии экрана, пишется непосредственно кода ошибки. При отключении питания все, что было записано в ОЗУ стирается.

Постоянная память хранит в себе заложенную программу по управлению двигателем на все случаи жизни. Это программа представляет собой алгоритм команд для правильно работы мотора, все калибровочные настройки. Это своеобразный жесткий диск компьютера, который независимо от наличия питания хранит всю заложенную информацию в себе. К слову, неоднозначный чип-тюнинг занимается именно изменением программы машины на более комфортабельную. Так, в зависимости от пожеланий клиента может быть установлена программа, которая бы увеличивала мощность мотора, но при этом повышался бы расход. С другой стороны, посредство замены программы можно добиться повышения экономичности автомобиля, но упадет тяга. Это очень удобно: можно подкорректировать работу мотора в зависимости от насущных потребностей.

Принцип работы

В свое работе компьютер использует показания с датчиков, основываясь на них, формируется задача для всех исполнительных устройств. В их число входят такие элементы, как топливный насос, форсунки в головке блока, система зажигания и прочее. К тому же. В задачи контроллера входит и диагностика правильности работы всех систем машины. Так называемая система самодиагностики. Если же находится какая-то неисправность, то загорается соответствующая лампа на приборной панели, или же просто запоминается код ошибки.

Говоря о контроле над мотором, то здесь главной задачей является непосредственно управление впрыском топлива. Происходить это должно в точный момент и в определённой последовательности, в зависимости от порядка работы двигателя и от нагрузки на двигатель в этот момент. Среди датчиков можно обнаружить такие: датчик положения распределительного и коленчатого вала, датчик массового расхода воздуха, датчик положения педали акселератора, датчик положения дроссельной заслонки, и масса прочих. Все они вкладывают свою лепту в процесс смесеобразования и момента впрыска топлива в цилиндры. К слову, консистенция топлива также регулируется компьютером. Топливно-воздушная смесь образовывается во впускном коллекторе, и она всегда готова к впрыску. Впрыск происходит посредством форсунок. Система зажигания также контролируется блоком управления, искра подается точно в момент, когда поршень находится в верхней мертвой точке, топливо уже впрыснуто, а все клапана закрыты.

Сигналы о неисправности

Отдельного абзаца заслуживает система самодиагностики бортового компьютера. Когда она находит некоторые неисправности, то она выдает сигнал на одну из ламп или дисплей в комбинации приборов у водителя перед глазами. Однако, нужно еще быть уверенным, что и сама система исправна. Когда водитель включает зажигание, то все лампы сигнализатора должны загореться одновременно. В этот момент вся ЭСУД проверяет правильность работы диагностического механизма, активность сигнализатора и всей управляющей цепи. После того как двигатель запускается все лампы должны немедленно погаснуть. Как правило, если при движении автомобиля снова загораются какие-то лампы сигнализатора, то это обозначает, что возникли некие нарушения в работе двигателя, и работа машины происходит в аварийном режиме, когда система готова в любой момент отключить мотор. Желательно перестать эксплуатировать машину, когда лампы постоянно горят или мигают уже очень долго. Конечно, если лампочки загорелись, когда вы едите за сотню километров от цивилизации и СТО, то прекращать движение не стоит, нужно доехать до места, где можно хотя бы вызвать эвакуатор или вам смогут оказать любую помощь, и вы не останетесь на улице.

Конечно, доехать до станции технического обслуживания самостоятельно можно, каких-то сверх неполадок это не вызовет, но лучше все же минимизировать движение автомобиля. В случае движения машины в аварийном режиме может упасть экономичность двигателя или максимальная скорость, но, главное, в этом случае доехать. После того как устранится неполадка все лампы должны будут погаснуть через определенное время. За этот период контроллер самостоятельно удостоверится в том, что неполадки исчезли бесследно и тогда лампочки на приборной панели окончательно погаснут. Хорошим подспорьем при ремонте машины могут стать коды неисправностей, которые можно считать с блока управления и изучить. Также сигнализатор может подать свой голос, если просто произошел сбой в системе работы блока управления, так что в любом случае паниковать и думать, что вашей машине пришел конец однозначно не стоит. Все неполадки устраняются на СТО, конечно, это потребует денег, но благодаря ЭСУД хотя бы не займет много времени.

Похожие темы

Всегда будьте в курсе наших новостей

Подпишись на ежедневную рассылку лучших новостей

Подписка бесплатна для любых мобильных абонентов Вы можете отказаться от рассылки в любой момент

Размещенная на сайте информация является собственностью администрации сайта и охраняется законом об авторском праве. Копирование информации возможно только при размещении активной гиперссылкой на страницу-источник.

Материалы: http://autodont.ru/jelektro/princip-raboty-esud

Применение ЭСАУ топливоподачей бензиновых двигателей обусловлено не­обходимостью снижения токсичности отработавших газов и повы­шения экономичности ДВС. ЭСАУ позволяют оптимизировать процесс сме­сеобразования; применять трехкомпонент­ные нейтрализаторы, работающие при коэффициенте избытка воздуха а близком к 1.

Повысить приеми­стость автомобиля, надежность холодного пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.

ЭСАУ топливоподачей разделяют на сис­темы впрыска (во впускной трубопровод или непосредственно в камеру сгорания) и карбюраторные системы с электронным управлением.

Принцип действия системы электронного управления карбюра­тором заключается в согласованном управлении воздушной и дрос­сельной заслонками.

Т.к Система Ecotronic фирмы Bosch поддерживает стехиометрический состав рабочей смеси, обеспечивает необходимое обогащение смеси на режимах пуска и прогрева двига­теля. В системе предусмотрены функции отключения подачи топлива на принудительном холостом ходу и поддержания на заданном уров­не частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу.

Наибольшее распространение получили системы впрыска во впускной трубопровод. Они разделяются на системы с впрыском в зону впускных клапанов и с центральным впрыском (рис. 6.1, где: а - центральный впрыск; б - распределенный впрыск в зону впускных клапанов;в - непосредственный впрыск в цилиндры двигателя; 1 - подача топлива; 2 - подача воздуха; 3 - дроссельная заслонка; 4 - впускной трубопровод; 5 - форсунки; 6 - двигатель ).

Система с впрыском в зону впускных клапанов (другое название распределенный или многоточечный впрыск) включает в себя ко­личество форсунок равное числу цилиндров, система с централь­ным впрыском - одну или две форсунки на весь двигатель. Форсун­ки в системах с центральным впрыском устанавливаются в специ­альной смесительной камере, откуда полученная смесь распреде­ляется по цилиндрам. Подача топлива форсунками в системе рас­пределенного впрыска может быть согласована с процессом впуска в каждый цилиндр (фазированный впрыск) и несогласованна - форсунки работают одновременно или группой (нефазированный впрыск).

Системы с непосредственным впрыском из-за сложности конст­рукции долгое время не применялись на бензиновых двигателях. Однако ужесточение экологических требований к двигателям дела­ет необходимым развитие этих систем.

Современные ЭСАУ двигателем объединяют в себе функции управления впрыском топлива и работой системы зажигания, по­скольку принцип управления и входные сигналы (частота вращения, нагрузка, температура двигателя) для этих систем являются общими.

В ЭСАУ двигателем используется программно-адаптивное управление. Для реализации программного управления в ПЗУ бло­ка управления (БУ) записывается зависимость длительности впры­ска (количества подаваемого топлива) от нагрузки и частоты вра­щения коленчатого вала двигателя. На рис. 6.2 представлена обобщенная регулировочная характеристика бензинового двигателя по составу смеси.

Зависимость задается в виде таблицы (характеристической карты) разработанной на ос­новании всесторонних испытаний двигателя. Данные в таблице представлены с определенным шагом, например 5 мин -1 , промежуточные значения БУ получает интерполяцией. Аналогичные табли­цы используются и для определения угла опережения зажигания. Выбор данных из готовых таблиц является более быстрым процес­сом, чем выполнение вычислений.

Непосредственное измерение крутящего момента двигателя на автомобиле связано с большими техническими трудностями, по­этому основным датчиком нагрузки являются датчики расхода воз­духа и (или) датчик давления во впускном трубопроводе. Для опре­деления частоты вращения коленчатого вала двигателя обычно используется счетчик импульсов от датчика положения коленчатого вала индукционного типа или от датчика-распределителя системы зажигания.

Полученные по таблицам значения корректируются в зависимо­сти от сигналов датчиков температуры охлаждающей жидкости, по­ложения дроссельной заслонки, температуры воздуха, а также на­пряжения бортовой сети и других параметров.

Адаптивное управление (управление по обратной связи) исполь­зуется в системах с датчиком кислорода (λ-зондом). Наличие ин­формации о содержании кислорода в отработавших газах позволя­ет поддерживать коэффициент избытка воздуха а (в мировой прак­тике принято обозначение λ.) близким к 1. При управлении топливоподачей по обратной связи БУ первоначально определяет дли­тельность импульсов по данным датчиков нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя, а сигнал от датчика кислорода используется для точной корректировки. Управление впрыском то­плива по обратной связи осуществляется только на прогретом дви­гателе и в определенном диапазоне нагрузки.

Принцип адаптивного управление применяется также для ста­билизации частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода и для управления углом опережения зажигания по пределу детонации.

Современные ЭСАУ топливоподачей бензиновых двигателей имеют функцию самодиагностики. БУ проверяет работу датчиков и исполнительных устройств и может идентифицировать определен­ный перечень неисправностей. При обнаружении неисправности БУ заносит в память соответствующий код и включает аварийную лампу CHECK ENGINE на панели приборов. Для получения информа­ции от БУ используется диагностический прибор, подключаемый к отдельному разъему. Через разъем для диагностики кроме считы­вания кодов неисправностей возможно определение текущих зна­чений параметров двигателя, и активизация исполнительных меха­низмов, однако функции диагностического прибора ограничены возможностями БУ.

Применение ЭСАУ повышает надежность работы двигателя за счет обеспечения возможности его работы в «усеченном» режиме. В случае возникновения неисправности в одном или нескольких датчиках, БУ определяет, что их показания не соответствуют действительности и отключает эти датчики. В «усеченном» режиме ра­боты информация от неисправных датчиков замещается эталон­ным значением или косвенно рассчитывается по данным от других датчиков. Например, при неисправности датчика положения дрос­сельной заслонки его показания можно имитировать расчетом по частоте вращения коленчатого вала и расходу воздуха. При выходе из строя одного из исполнительных механизмов используется ин­дивидуальный алгоритм обхода неисправности. При дефекте в це­пи зажигания, например, отключается впрыск в соответствующий цилиндр, с целью предотвращения повреждения каталитического нейтрализатора.

При работе двигателя в «усеченном» режиме возможно сниже­ние мощности, ухудшение приемистости, затрудненный пуск холод­ного двигателя, увеличение расхода топлива и др.

Для компенсации технологического разброса в характеристиках элементов ЭСАУ и двигателя, учета их изменения при эксплуата­ции в программе БУ предусмотрен алгоритм самообучения. Как упоминалось выше, сигнал от датчика кислорода используется для корректировки значения длительности впрыска полученного по таб­лице из ПЗУ БУ. Однако при значительных расхождениях такой процесс занимает много времени.

Самообучение заключается в сохранении в памяти БУ значений коэффициента корректировки. Весь диапазон работы двигателя разбивается, как правило, на четыре характерные зоны обучения:

холостой ход, высокая частота вращения при малой нагрузке, час­тичная нагрузка, высокая нагрузка.

При работе двигателя в любой из зон, происходит корректировка длительности импульсов впрыска до тех пор, пока реальный состав смеси не достигнет оптимального значения. Полученные таким об­разом коэффициенты корректировки характеризуют конкретный двигатель и участвуют в формировании длительности импульса впрыска на всех режимах его работы. Процесс самообучения при­меняется также для управления углом опережения зажигания при наличии обратной связи по детонации. Основная проблема функ­ционирования алгоритма самообучения заключается в том, что ино­гда неправильный сигнал датчика может быть воспринят системой как изменение параметра двигателя. Если ошибка сигнала датчика недостаточно велика, чтобы был зарегистрирован код неисправно­сти, повреждение может остаться необнаруженным. В большинстве систем корректирующие коэффициенты не сохраняются при отклю­чении питания БУ.

Рассмотрим устройство некоторых ЭСАУ двигателем, получив­ших широкое распространение. Ведущим производителем систем впрыска бензиновых двигателей является фирма Bosch, начавшая разработку таких систем в 1912 г.

Первая модификация электронной системы L-Jetronic появилась в 1973 г. - это система распределенного нефазированного впрыска топлива рис. 6.3. Она состоит из: 1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный . фильтр; 4 - электронный блок управления; 5- форсунка; 6 - топливная рампа с регулятором давления топлива; 7- впускной трубопровод; 8- клапан холодного пуска; 9-датчик положения дроссельной заслонки; 10- датчик расхода воздуха; 11 - датчик кислорода (λ-зонд); 12 - термо­реле; 13 - датчик температуры двигателя; 14 - датчик-распределитель системы зажигания; 15- регулятор добавочного воздуха (регулятор холо­стого хода); 16 -аккумуляторная батарея; 17- выключатель зажигания.

Топливо из бензобака 1 электрическим топливным насосом 2 через топливный фильтр 3 подается под давлением 250 кПа в топливную рампу и распределяется по форсункам 5. На конце топливной рампы расположен регулятор давления топлива, который поддерживает разность давления в топливной рампе и впускном коллекторе на постоянном уровне 0,5 атм. Таким образом, количество подаваемого топлива однозначно определяется дли­тельностью открытия форсунки. Остатки топлива возвращаются в бак по сливной магистрали. В БУ 4 поступают сигналы от датчика расхода воздуха 10, датчика положения дроссельной заслонки 9 по которым определяет нагрузка двигателя. Датчик положения дрос­сельной заслонки позволяет различать режим холостого хода и полной нагрузки. Информация о частоте вращения коленчатого ва­ла двигателя поступает от датчика-распределителя системы зажи­гания. Для обогащения смеси при пуске холодного двигателя ис­пользуется клапан холодного пуска 8, который управляется термо­реле 12. Термореле обеспечивает 8 с работы клапана при темпе­ратуре -20°С. Датчик температуры двигателя 13 подключенный к БУ позволяет обогащать смесь на режиме прогрева двигателя.

Управление частотой вращения на режиме холостого хода осу­ществляется регулятором добавочного воздуха 15 с заслонкой управляемой биметаллической пластиной.

При комплектовании системы каталитическим нейтрализатором для корректировки качества рабочей смеси используется датчик кислорода 11.

Система L3-Jetronic (рис. 6.4) является модификацией представленной системы. Основное отличие от L-Jetronic - БУ выпол­ненный в одном корпусе с датчиком расхода воздуха и располо­женный в моторном отсеке.

Конфигурация системы: 1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 - форсунка; 5 - топливная рампа; 6 - регулятор давления топ­лива; 7- впускной трубопровод; 8 - датчик положения дроссельной за­слонки; 9- датчик расхода воздуха; 10- электронный блок управления; 11 - датчик кислорода (λ - зонд); 12 - датчик температуры двигателя; 13 — датчик-распределитель системы зажигания; 14 — регулятор добавочного воздуха (регулятор холостого хода); 15- аккумуляторная батарея; 16- выключатель зажигания

В системе используется алгоритмы диагностики датчиков и «усеченного» режима работы. В системе отсутствует клапан холод­ного пуска. Обогащение смеси при пуске холодного двигателя осуществляется увеличением подачи топлива через ос­новные форсунки.

В системе LH-Jetronic (рис. 6.5) для определения нагрузки двига­теля используется датчик массового расхода воздуха термоанемометрического типа. В отличие от датчика системы L-Jetronic, опре­деляющего объем проходящего воздуха этот датчик определяет непосредственно массу воздуха, и не требует дополнительной кор­ректировки по его плотности.

Рис. 6.5. Система LH-Jetronic:

Система представляет собой: 1 - топливный бак; 2- электрический топливный насос; 3- топливный фильтр; 4 - электронный блок управления; 5-форсунка; 6 - топливная рампа; 7- регулятор давления топлива; 8- впускной трубопровод; 9-датчик положения дроссельной заслонки; 10 -датчик массового расхода воздуха; 11- датчик кислорода (λ - зонд); 12 - датчик температуры двигателя; 13 -датчик-распределитель системы зажигания; 14 - поворотный регулятор холостого хода; 15- аккумуляторная батарея; 16- выключатель зажигания

Для регулировки частоты вращения коленчатого вала на холо­стом ходу в системе LH-Jetronic используется поворотный клапан с приводом от реверсивного электродвигателя (трехпроводной). БУ периодически переключает направление вращения электродвига­теля, что предотвращает заброс клапана в любую из крайних пози­ций. Требуемое положение клапана регулируется изменением соотношения времени включения электродвигателя в различных на­правлениях.

В 1982 г. фирмой Bosch была предложена система KE-Jetronic (рис. 6.6), прототипом которой явилась гидромеханическая система K-Jetronic, дополненная электронным блоком управления и датчи­ком кислорода. Система включает в себя: 1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный аккумулятор; 4- топливный фильтр; 5- регулятор начального давления; 6 - форсунка; 7- впускной трубопровод; 8- клапан холодного пуска; 9 -дозатор-распределитель топлива; 10- датчик расхода воздуха; 11 - электрогидравлическое управляющее устройство; 12- датчик кисло­рода (λ -зонд); 13- термореле; 14 - датчик температуры двигателя; 15 - датчик-распределитель системы зажигания; 16- регулятор добавоч­ного воздуха (регулятор холостого хода); 17— электронный блок управле­ния; 18 - датчик положения дроссельной заслонки; 19 - аккумуляторная батарея; 20- выключатель зажигания.

В БУ поступают сигналы о положении паруса рас­ходомера, крайних положениях дроссельной заслонки, частоте вращения двигателя, температуре охлаждающей жидкости и со­держании кислорода в отработавших газах. Воздействие БУ на со­став рабочей смеси осуществляется с помощью электрогидравли­ческого управляющего устройства закрепленного на дозаторе-распределителе топлива (рис. 6.7, где: 1 - парус расходомера; 2 - дозатор-распределитель топлива; 3 - поступ­ление топлива от регулятора начального давление; 4 - подача топлива к форсункам; 5 - возврат топлива в регулятор начального давления; 6 - жиклер; 7- верхняя камера дифференциального клапана; 8- нижняя камера дифференциального клапана; 9 - диафрагма; 10 - регулятор дав­ления; 11 - управляющая пластина; 12 - выпускной канал; 13 - электромагнит; 14 - воздушный зазор). Так для обогащения смеси по сигналу от БУ управляющая пластина 11 закрывает выпускной ка­нал 12 тем самым, снижая давление в нижних камерах дифферен­циального клапана 8. Мембраны 9 прогибаются вниз, и количество топлива поступающего к форсункам 4 увеличивается. Управляющее устройство сконструировано таким образом, что при выходе из строя цепи электромагнита будет обеспечиваться стехиометрический состав смеси и двигатель сохранит работоспособность.

Появившаяся в 1983 г. недорогая система центрального впрыска Mono-Jetronic получила широкое распространение, в том числе и на компактных автомобилях. Эта система имеет всего одну топливную форсунку, расположенную перед дроссельной заслонкой (рис. 6.8). Она содержит: 1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 - регулятор давления топлива; 5 - форсунка; 6 - датчик темпе­ратуры воздуха; 7- электронный блок управления; 8 - электропривод дроссельной заслонки (регулятор холостого хода); 9 - потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки; 10 - клапан продувки адсорбера; 11 - угольный адсорбер; 12- датчик кислорода (λ - зонд); 13 - датчик температуры двигателя; 14 - датчик-распределитель системы зажигания; 15-аккумуляторная батарея; 16- выключатель зажигания; 17 - реле; 18 -диагностический разъем; 19 -устройство центрального впрыска.

Качество смеси задается длительностью импульса открытия фор­сунки. Топливо в системе Mono-Jetronic подается под более низким давлением, нежели в описанных выше системах — около 0,1 МПа.

Измерения расхода воздуха система Mono-Jetronic не произво­дит. Необходимое количество топлива вычисляется по положению дроссельной заслонки и частоте вращения коленчатого вала. Элек­тронный блок управления обрабатывает информацию от потенциометрического датчика положения дроссельной заслонки, датчи­ка-распределителя системы зажигания, датчиков температуры воз­духа и охлаждающей жидкости, а также датчика кислорода.

Топливно-воздушная смесь обогащается при холодном пуске и прогреве двигателя увеличением длительности цикла топливоподачи. Минимальная частота вращения в режиме холостого хода поддерживается путем изменения положения дроссельной заслон­ки с помощью шагового электродвигателя.

При средних нагрузках и прогретом двигателе подача топлива корректируется обратной связью по датчику кислорода.

Полное открытие дроссельной заслонки переводит БУ в режим обогащения рабочей смеси. Для обеспечения приемистости авто­мобиля БУ определяет ускорение перемещения педали управления дроссельной заслонкой и адекватно изменяет подачу топлива.

В режиме принудительного холостого хода система Моnо-Jetronic работает по общепринятой схеме.

Для ограничения выделения углеводородов (СН) из топливного бака в Mono-Jetronic используется система улавливания паров бен­зина, к которой относятся емкость с активированным углем - ад­сорбер 11 и электромагнитный клапан продувки адсорбера 10. Па­ры бензина из топливного бака поступают в адсорбер. При работе двигателя БУ открывает клапан продувки адсорбера и накопившие­ся пары топлива удаляются во впускной трубопровод. БУ регулиру­ет степень продувки адсорбера в зависимости от режима работы двигателя.

К комплексным системам управления двигателем, применяю­щимся на большинстве современных автомобилей, относятся сис­темы семейства Motronic. Основная функция всех систем Motronic - согласованное управление зажиганием и впрыском топлива. При­нятие законодательных требований к снижению вредных эмиссий и расхода топлива расширяет базовые функции системы Motronic и делает необходимым контроль всех компонентов влияющих на со­став отработавших газов. Система Motronic обеспечивает:

- регулировку частоты вращения холостого хода;

- поддержание стехиометрического состава смеси по сигналу датчика кислорода;

- управление системой улавливания паров топлива;

- регулирование угла опережения зажигания по сигналу датчика детонации;

- рециркуляцию отработавших газов для снижения эмиссии ок­сидов азота (NO_x);

- управление системой подачи вторичного воздуха для сниже­ния эмиссии углеводородов (СН);

- поддержание заданной скорости движения (круиз-контроль). При более высоких требованиях система может дополняться функциями:

- управление турбонагнетателем, а также изменением конфигу­рации впускного тракта для повышения мощности двигателя;

- управление фазами газораспределения для снижения токсич­ности отработавших газов, расхода топлива и повышения мощно­сти двигателя;

- детонационное регулирование, ограничение частоты вращения и скорости для защиты двигателя и автомобиля.

Система Motronic поддерживает работу блоков управления дру­гих систем автомобиля. Так совместно с БУ автоматической короб­кой передач посредством снижения крутящего момента двигателя при изменении передачи обеспечивается предохранение коробки передач. Взаимодействуя с антиблокировочной (АБС) и противобуксовочной (ПБС) системами Motronic создает повышенную безо­пасность при езде. Современные требования к противоугонным автомобильным системам делают необходимым интеграцию БУ двигателем и иммобилайзера.

Одной из последних разработок фирмы Bosch является система ME-Motronic (рис. 6.9). ME-Motronic сочетает в себе систему рас­пределенного фазированного впрыска топлива в зону впускных клапанов и систему зажигания с низковольтным распределением и индивидуальными катушками. Конструкция: 1 - угольный адсорбер; 2 - отключающий клапан; 3 - клапан продувки адсорбера; 4 - датчик давления во впускном коллекторе; 5 - топливная рам­па с форсунками; 6 - свеча зажигания с индивидуальной катушкой; 7 - фазовый дискриминатор; 8- насос вторичного воздуха; 9 - клапан вторичного воздуха; 10 - пленочный датчик массового расхода воздуха; 11- модуль дроссельной заслонки; 12 - клапан рециркуляции; 1 3- датчик детонации; 14 - датчик положения коленчатого вала; 15 - датчик темпера­туры двигателя; 16 - датчик кислорода (λ - зонд); 17- электронный блок управления; 18 - диагностический интерфейс; 19- аварийная лампа; 20 - к иммобилайзеру; 21 - датчик давления в бензобаке; 22- погружной электрический топливный насос; 23 - модуль педали управления дроссельной заслонкой; 24 – аккумулятор.

Определение частоты вращения коленчатого вала и синхрони­зация системы осуществляется по сигналу индукционного датчика положения коленчатого вала 14. Для определения такта впуска в каждом цилиндре, что необходимо при организации фазированно­го впрыска топлива и зажигания, используется датчик положения распределительного вала - фазовый дискриминатор 7.

Для расчета нагрузки двигателя используется пленочный датчик массового расхода воздуха 10, датчик давления во впускной трубе 4, и датчик положения дроссельной заслонки. Основным отличием системы является отсутствие жесткой механической связи между дроссельной заслонкой и педалью, ею управляющей. Положение педали управления дроссельной заслонкой определяется с помо­щью двух закрепленных на ней потенциометров 23. БУ устанавли­вает дроссельную заслонку 11 в оптимальное положение в зависи­мости от нагрузки и других параметров двигателя.

В системе используется два датчика кислорода 16. Установка дополнительного датчика после каталитического нейтрализатора повышает надежность работы обратной связи по содержанию ки­слорода, так как этот датчик лучше, защищен от загрязнения отра­ботавшими газами. Кроме того, наличие второго датчика позволяет системе проводить самодиагностику основного датчика стоящего перед нейтрализатором.

БУ ME-Motronic имеет интерфейс последовательной передачи данных (CAN) для взаимодействия с БУ других систем автомобиля.

На базе системы ME-Motronic фирма Bosch разработала систе­му непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя MED-Motronic (рис. 6.10, где: 1 -топливо под высоким давлением; 2- топливная рейка (аккумулятору давления); 3- форсунка; 4- свеча зажигания с индивидуальной катушкой; 5- фазовый дискриминатор; 6- датчик давления топлива; 7- датчик детонации; 8- датчик положения коленчатого вала; 9 -датчик температуры двигателя; 10 -датчик кислорода (перед катализатором); 11 - трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; 12 - датчик температуры выхлоп­ных газов; 13- NО_х каталитический нейтрализатор; 14- датчик кислорода (после нейтрализатора)). В сравнении с традиционными системами впрыска бензиновых двигателей, системы непосредственного впрыска позволяют снизить расход топлива до 20% и уменьшить выбросы оксидов углерода.

Как и впрыск во впускной коллектор, непосредственный впрыск под высоким давлением спроектирован как система с топливной рампой - аккумулятором давления. В подобных системах топливо может быть непосредственно впрыснуто в цилиндр в любой момент времени с помощью электромагнитных форсунок.

Масса поступающего воздуха может свободно регулироваться с помощью электронного модуля дроссельной заслонки. Точное из­мерение массы всасываемого воздуха выполняется с помощью пленочного датчика расхода воздуха.

Состав топливо-воздушной смеси контролируется датчиками ки­слорода в выпускной системе, расположенными перед и после ка­талитического нейтрализатора.

Электрический топливоподкачивающий насос и регулятор дав­ления, расположенные в бензобаке, обеспечивают подачу топлива под давлением 0,35 МПа к топливному насосу высокого давления.

Задача насоса высокого давления состоит в увеличении давле­ния топлива с исходных 0,35 МПа до 12 МПа, после чего топливо поступает в топливную рампу. На топливной рампе расположен ре­гулятор давления, который поддерживает давление в системе во всем диапазоне работы двигателя независимо от количества впры­скиваемого топлива и производительности насоса.

Для измерения давления топлива используется датчик, предо­ставляющий собой сварную диафрагму из высококачественной стали с тензорезисторами.

Важным компонентом системы непосредственного впрыска топ­лива являются форсунки высокого давления, которые подсоединя­ются непосредственно к рампе. Время начала впрыска и количест­во топлива определяются сигналами от блока управление.

Низкое потребление топлива и высокая мощность двигателя, присущие системе непосредственного впрыска, достигаются путем различной организации двух основных режимов работы: режима малой нагрузки и режима высокой нагрузки.

При малой нагрузке двигатель работает с неоднородной смесью и большим избытком воздуха. Поздний впрыск, прямо перед подачей • искры, позволяет создать в зоне свечи область богатой топливо-воздушной смеси, в то время как остальной объем цилиндра запол­няет смесь воздуха и оставшихся .отработавших газов. Благодаря этому расслоению заряда, достигается работа двигателя на очень бедной смеси, кроме того, даже при малых нагрузках дроссельная заслонка остается открытой, что уменьшает потери на газообмен.

При повышении нагрузки увеличивается и количество впрыски­ваемого топлива, неоднородное облако смеси становится все бо­лее богатым. Это может вызвать увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах, особенно выбросов сажи. Поэтому на высоких нагрузках двигатель переводится на работу на гомоген­ной смеси.

Во время перехода между этими режимами для стабилизации момента необходимо контролировать количество впрыскиваемого топлива, поступающего воздуха и угол опережения зажигания. Та­кое управление моментом возможно благодаря использованию электроуправляемой дроссельной заслонки, как и в системе ME-Motronic. Дроссельная заслонка должна быть закрыта вплоть до фактического переключения режима работы с неоднородной на гомогенную смесь.

Особенностью системы непосредственного впрыска является об­разование оксидов азота (NO_x), содержание которых в условиях из­бытка кислорода не может быть уменьшено с использованием тра­диционного трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Для уменьшения содержания NO_x в выхлопе используется специальный каталитический нейтрализатор аккумулирующего действия.

Для продолжения скачивания необходимо собрать картинку:

Материалы: http://studfiles.net/preview/6234707/page:8/

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

Важнейшие входные параметры - угол открытия дроссельной заслонки, момент зажигания смеси в цилиндрах, состав топливовоздушной смеси. В зависимости от режима и условий работы двигателя необходимо изменять значения входных параметров. Например, при движении автомобиля водитель изменяет угол открытия дроссельной заслонки, а также передаточное отношение в коробке передач (для автомобилей, оборудованных механической КП), и, в конечном итоге, получает от двигателя необходимые для движения в данном режиме мощность и крутящий момент. Таким образом, изменение одного из входных параметров системы - угла открытия дроссельной заслонки, задаётся водителем.

Соответственно количеству поступающего в цилиндры воздуха необходимо изменять как минимум ещё два входных параметра, а именно: количество подаваемого в цилиндры топлива и момент воспламенения смеси (т.е. угол опережения зажигания), в противном случае становится невозможным получение необходимых значений выходных параметров. В принципе, функции управления дозированием топлива и моментом зажигания можно также возложить на водителя. Такое решение использовалось на некоторых автомобилях, выпускавшихся вплоть до конца 30-х годов. Однако в этом случае управление автомобилем превращается в тяжелую работу, снижается безопасность движения, а характеристики управления далеки от оптимальных. Очевидно, что большая часть входных параметров должна изменяться автоматически, в соответствии с режимом и условиями работы двигателя.

В первую очередь это относится к таким параметрам как момент зажигания и состав топливовоздушной смеси. Поэтому автоматическое приготовление смеси необходимого состава и регулирование момента зажигания на различных режимах используется на автомобилях уже несколько десятилетий.

На водителя возлагается только функция управления углом открытия дроссельной заслонки, а на автомобилях с механической КП — ещё и выбора соответствующей передачи (в современных системах управления, таких как противобуксовочная система (ПБС), на некоторых режимах электроника берёт на себя и функции управления дроссельной заслонкой). Реализация этих систем долгое время осуществлялась на уровне жестких автоматов, т.е. устройств, в которых "программа" управления закладывалась при изготовлении и не могла быть изменена в сколь-нибудь существенной степени. В качестве примера можно привести карбюратор, в котором "программа" дозирования топлива на различных режимах работы двигателя жестко определена различными кинематическими, пневматическими и гидравлическими связями, т.е. конструкцией.

Точно так же масса грузиков и жесткость пружин центробежного автомата распределителя зажигания определяют характеристику (т.е. "программу") управления моментом зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Такие системы получили самое широкое распространение, однако главным их недостатком является недостаточная гибкость и точность регулирования. Дальнейшее совершенствование, развитие, а затем и видоизменение систем управления ДВС было обусловлено энергетическими кризисами, ухудшением состояния окружающей среды и введением жестких норм на содержание токсичных компонентов в отработавших газах. В настоящее время получение от двигателя тех или иных значений выходных параметров — мощности, крутящего момента и т.п, ограничивается обязательным соблюдением норм на токсичность выхлопа. С точки зрения управления это потребовало, во-первых, введения целого ряда новых входных параметров (например, количество рециркуляционных газов, углы открытия и закрытия клапанов и т.д.), а во-вторых, точного и эффективного управления этими параметрами.

Последнее условие вызвало самое широкое применение достижений микроэлектроники и вычислительной техники для управления ДВС. В ряде случаев это позволило осуществить управление на программно-адаптивном уровне, т.е. реализовать регулирование с обратной связью. В качестве примера можно привести топливодозирование с использованием обратной связи по составу смеси и управление моментом зажигания с обратной связью по сигналам датчика детонации. Дальнейшее развитие автомобильной техники неизбежно движется по пути развития комплексных систем управления, причем не только различными системами автомобиля (например, антиблокировочная система тормозов, круиз контроль, управление двигателем и трансмиссией), но также их совокупностью, а в перспективе и автомобилем как единой системой.

Батарейные системы зажигания классифицируются по следующим осноеным признакам: 1. По способу формирования момента искрообразования — контактные и бесконтактные. 2. По способу коммутации накопителя энергии — контактные, тиристорные, транзисторные. 3. По способу управления моментом зажигания - механические и электронные (в т.ч. цифровые и микропроцессорные). 4. По способу распределения высоковольтной энергии – с механическим и со статическим распределением. Ниже рассматривается работа наиболее распространенных систем зажигания с накоплением энергии в магнитном поле катушки зажигания. Системы с накоплением энергии в электрическом поле конденсатора ввиду своего незначительного распространения не рассматриваются.

Необходимо отметить, что при более строгом рассмотрении процесса искрового разряда он разбивается на три фазы (ёмкостной, дуговой, тлеющий), однако данное упрощение оправдано с точки зрения возможностей современной диагностической аппаратуры для автосервиса. Участок времени t 2-t3 (пиния е) отражает длительность искрового разряда, т.е. наличия канала плазмы между электродами свечи, В это время катушка — накопитель энергии отдает её. поддерживая протекание тока через свечу. Обычно длительность искрового разряда в контактных системах составляет величину порядка 1,0+1,5 мс.

После прекращения искры (момент t 3 ) небольшое количество энергии, оставшейся в магнитном поле катушки рассеивается в виде колебаний. Частота колебаний в первичном контуре определяется в основном его параметрами (Ц, С,), так как вторичная цепь разомкнута и не вносит заметного влияния в процессы, происходящие в первичном контуре. Теперь катушку вновь можно рассматривать как трансформатор, поэтому колебания первичного контура повторяются (естественно, с большей амплитудой) и на выводе вторичной обмотки. Так как в первичном контуре имеется активное сопротивление потерь R-] (сопротивление первичной обмотки), колебания довольно быстро затухают. Процесс затухания занимает интервал времени t3-t4 . В момент времени t5 контакты прерывателя вновь замыкаются и весь процесс повторяется.

Величина периода t r t 2 , выраженная в градусах угла поворота ротора распределителя зажигания называется углом замкнутого состояния контактов (УЗОК). Для четырех цилиндровых двигателей УЗОК составляет обычно 50+55°. Нетрудно подсчитать, что при частоте вращения коленчатого вала 6000 мин- 1 период времени между двумя искрообразованиями составляет всего 5 мс, а это значит, что при постоянной времени катушки Ц = 5 мс ток в первичной обмотке в момент размыкания контактов (т.е. ток разрыва) будет достигать значения 0,5+0,6 от 1 т а х . Следовательно, энергия, запасаемая в магнитном поле катушки зажигания W3 м = I2 L/2, уменьшится в 3+4 раза по сравнению с режимом 600+800 мин"1. Это является одним из главных недостатков классической системы. Компенсировать уменьшение запасаемой энергии путем увеличения периода замкнутого состояния контактов и увеличения величины тока (уменьшение не удается из-за сильной эрозии контактной группы. Кроме этого, классическая система обладает и рядом других недостатков - необходимостью периодических регулировок, нестабильностью момента искрообразования и т.д 3.1.2. Транзисторные системы зажигания. В этих системах функции коммутации тока в первичной обмотке катушки зажигания выполняет мощный транзистор.

Сформирование момента искрообразования здесь может осуществляться как обычной контактной группой — в этом случае система называется контактно-транзисторной, так и с помощью специальных датчиков — в этом случае система называется бесконтактной. Контактно- транзисторные системы являлись промежуточным решением и широкого распространения не получили.

Принципиальное отличие транзисторных систем от контактных состоит в том, что коммутирование и разрыв тока в первичной обмотке катушки осуществляется не замыканием и размыканием контактов, а открыванием (т.е. переходом в проводящее состояние) и запиранием (отсечкой) мощного выходного транзистора. Это позволяет в принципе увеличить значение тока разрыва до 8+11 А, что обеспечивает увеличение энергии, запасаемой катушкой, в 3+4 раза по сравнению с контактными системами. В таких системах наиболее широкое распространение получили три типа датчиков: индукционный, датчик Холла, оптический. Устройство и работа этих типов датчиков подробно рассматриваются ниже. Временные диаграммы работы простейшей транзисторной системы зажигания с датчиком Холла мало отличаются от диаграмм классической контактной системы.

Существенно различаются лишь диаграммы напряжения на первичной обмотке катушки зажигания. На диаграмме первичного напряжения практически отсутствуют колебания на участке t 2-t3 . Это объясняется тем, что в транзисторных системах емкость конденсатора, подключаемого между участком коллектор-эмиттер выходного транзистора для защиты его от лавинного пробоя, имеет величину 0,05+0,10 мкФ против 0,25+0,30 мкФ в классической системе. Кроме этого, выходной транзистор, как правило, имеет специальные элементы, обеспечивающие его защиту как от перенапряжения, так и от действия напряжения отрицательной полярности. Наиболее распространенным является включение стабилитрона VD1. В этом случае имеет место ограничение амплитуды первичного напряжения на уровне 300+400 В. Наличие стабилитрона также способствует изменению формы колебаний на участке t 2-t3 . Контактно-транзисторные системы, как следует из их названия, имеют фиксированное значение угла замкнутого состояния контактов. В простейших бесконтактных транзисторных системах значение угла протекания тока по первичной обмотке катушки зажигания (эквивалент УЗСК) также является постоянным. Такие системы относятся к разряду "Constant Dwell", т.е. "постоянный УЗСК". В таком виде транзисторные системы применялись очень редко и непродолжительное время.

Большая часть современных транзисторных бесконтактных систем использует принцип постоянства накапливаемой энергии. Такие системы получили обозначение "Constant Energy". В этих системах, использующих специальную схемотехнику, момент начала протекания первичного тока t, регулируется таким образом, чтобы к моменту искрообразования t2 ток в первичной обмотке всегда достигал одной и той же величины lp, необходимой для накопления в магнитном поле первичной обмотки заданного значения энергии, определяемого по формуле

Необходимо отметить, что в современных двигателях на некоторых режимах (например, при резком ускорении) искровой разряд происходит уже после прохождения поршнем ВМТ, т.е. имеет место не опережение, а запаздывание момента зажигания. Наивыгоднейший (с точки зрения максимального крутящего момента и минимального удельного расхода топлива) угол опережения зажигания в каждый конкретный момент работы двигателя сложным образом зависит от множества взаимосвязанных факторов. Однако можно выделить определяющие (при заданном составе топливовоздушной смеси и октановом числе топлива): частота вращения коленчатого вала, нагрузка на двигатель (т.е. расход воздуха), температура охлаждающей жидкости, температура всасываемого воздуха. Положение осложняется тем, что достижение максимальной мощности и экономичности на всех режимах работы современного ДВС оказывается невозможным. Одним из препятствий является возникновение детонационного сгорания топлива на ряде режимов, особенно при комбинации высокой нагрузки и низкой частоты вращения коленчатого вала.

На этих режимах приходится уменьшать угол опережения зажигания, жертвуя экономичностью и тяговыми характеристиками двигателя. Другим важным ограничивающим фактором является необходимость соблюдения жестких норм на токсичность выхлопа. По признаку управления моментом искрообразования все применяющиеся сейчас системы зажигания можно разделить на системы с механическим и с электронным управлением. Системы с механическим управлением господствовали на автомобилях в течение нескольких десятилетий, все время совершенствуясь, но не претерпели каких-либо кардинальных изменений в своей конструкции, заложенной еще в начале века. Механическая система осуществляет две функции - регулирование момента зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и от нагрузки на двигатель (в качестве меры нагрузки используется величина разрежения за дроссельной заслонкой). Первая функция осуществляется так называемым центробежным автоматом. Основы центробежного регулятора составляют грузики и пружины.

В зависимости от формы и массы грузиков, а также жесткости пружин, центробежные регуляторы способны обеспечивать различные, но в любом случае очень простые и далёкие от оптимальных характеристики. Точность повторения таких характеристик полностью определяется совершенством технологии и составляет в лучшем случае ±2°. К тому же эти характеристики подвержены изменениям в процессе эксплуатации. Регулирование момента искрообразования в зависимости от разрежения за дроссельной заслонкой (нагрузка на двигатель) осуществляется вакуумными устройствами. Существует несколько вариантов таких устройств, обеспечивающих, в зависимости от сложности конструкции, различные по сложности характеристики. Несомненным достоинством механических регуляторов является то, что конструктивно почти все элементы системы, кроме катушки, интегрируются в единый узел, осуществляющий несколько функций одновременно — т.н. прерыватель-распределитель или просто распределитель зажигания. Распределитель обеспечивает функции формирования и регулирования момента зажигания (а в контактных системах — и коммутации тока в катушке), а также функцию распределения высоковольтной энергии в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя.

Главный же недостаток таких систем с точки зрения управления моментом зажигания — неспособность обеспечить сложную трехмерную характеристику, необходимую для удовлетворения жестких и порой противоречивых требований к современным двигателям. Получение подобных характеристик возможно только при использовании цифровой и микропроцессорной электроники. Забегая вперед, отметим, что в большинстве современных автомобилей используются комплексные системы управления, т.е. системы, в которых управление зажиганием и впрыском осуществляет единый блок.

В этом случае можно говорить о подсистеме управления зажиганием в составе более сложной системы. Рассматриваемые далее принципы построения и работы микропроцессорных систем зажигания полностью распространяются и на подсистемы зажигания комплексных систем управления. Основу системы составляет блок управления 1, выполненный на базе микропроцессора. В ПЗУ блока управления при изготовлении заносится "матрица" значений углов опережения зажигания. Матрица определяется на этапе испытаний и доводки двигателя путем многочисленных измерений на динамометрическом стенде. Для получения информации о частоте вращения и положении коленчатого вала используется датчик, устанавливаемый над специальным (маркерным) диском. В некоторых системах, обслуживающих многоцилиндровые двигатели и имеющих статическое распределение высоковольтной энергии, используются также датчики положения распределительного вала. Конструкция датчиков может быть различной - используются индукционные, оптические и датчики Холла.

В качестве датчика нагрузки в процессорных системах обычно используется датчик абсолютного давления во впускном трубопроводе. Однако, если на автомобиле установлена система управления впрыском топлива с датчиком расхода воздуха, сигнал этого датчика, соответствующим образом обработанный в блоке управления впрыском, может использоваться также и блоком управления зажиганием. В качестве примера можно привести взаимодействие систем LH-Jetronic (управление впрыском) и EZ (управление зажиганием) фирмы BOSCH на таких автомобилях, как MERCEDES-BENZ, PORSCHE, VOLVO и др. После получения информации о частоте вращения коленчатого вала и нагрузке на двигатель блок управления выбирает из записанной в ПЗУ матрицы необходимое в данный момент значение угла опережения зажигания. При необходимости это значение корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха, после чего формируется сигнал управления выходным каскадом. Как правило, в микропроцессорных системах зажигания выходной каскад работает без ограничения тока на всех режимах частоты вращения коленчатого вала. Стабилизация тока разрыва на заданном уровне (обычно 6,5+8,5 А) осуществляется микропроцессором за счёт поддержания оптимального времени протекания тока по первичной обмотке (обмоткам) катушки (катушек) на основании информации, хранящейся в памяти блока. Выходной каскад (т.е. оконечный усилитель тока) в силу специфики условий работы ( l m a x - до 10 A, U m a x - до 400 В, нагрев) очень часто выносится из блока управления и размещается в моторном отсеке, как правило, в непосредственной близости от катушки (катушек) зажигания. В сервисной литературе такие каскады обозначаются как "Power Tranzistor", "Ignition Module", коммутатор и т.п

Сказанное относится и к коммутаторам комплексных систем управления.

Конструкция такого распределителя в большинстве случаев упрощает- Наряду с этим широко применяются распределители со встроенными датчиками частоты вращения/положения. В дополнение к этому непосредственно на корпусе распределителя может устанавливаться коммутатор системы зажигания. Появление "сухих" катушек зажигания с замкнутым магнитопроводом привело к появлению оригинальной разновидности механического распределителя. У таких систем катушка зажигания встраивается непосредственно в крышку или в корпус распределителя, а высоковольтный вывод через скользящий контакт соединяется с центром разносной пластины бегунка (другой вывод вторичной обмотки, как обычно, соединяется с"+" первичной обмотки). Таким образом, привычный центральный высоковольтный провод вообще отсутствует.

Широкое распространение такие системы получили на автомобилях GM, TOYOTA, NISSAN, MAZDA, HONDA, MITSUBISHI. В последнее время, особенно с начала 90-х годов производители автомобилей всё чаще применяют статическое распределение высоковольтной энергии. Существует две основные разновидности этого метода - метод "Waste Spark", т.е. — "холостая искра" и метод непосредственного (индивидуального) распределения. Порядок работы цилиндров в данном двигателе 1-2-3-4-5-6. Каждая из трех используемых катушек работает на два цилиндра, в которых такты сжатия и выпуска происходят одновременно, т.е. для данного двигателя -1 и 4; 2 и 5; 3 и 6. Во время пробоя искрового промежутка в цилиндре 1 (такт сжатия) в цилиндре 4 также происходит пробой, но так как в этом цилиндре имеет место такт выпуска, падение напряжения между электродами свечи четвертого цилиндра, а, следовательно, и энергия, выделяемая на ее искровом промежутке, незначительны. Поэтому основная энергия выделяется на искровом промежутке первого цилиндра.

После поворота коленчатого вала на 360" происходит смена тактов: в первом цилиндре - выпуск, в четвертом - сжатие, соответственно основная энергия выделяется на искровом промежутке четвертого цилиндра. Те же процессы происходят и в оставшихся двух парах цилиндров. Включение необходимой катушки зажигания осуществляется электронным блоком управления по сигналам датчика частоты вращения положения коленчатого вала. При такой схеме за один рабочий цикл двигателя (два оборота коленчатого вала) необходимо три сигнала на "разрешение" искрообразования и три - на "разрешение" накопления энергии, а также сигнал, идентифицирующий какое-либо положение (например, ВМТ) поршней какой-либо пары, например первого и четвертого цилиндров. Очевидно, что идентификация фазы работы (сжатие или выпуск) первого цилиндра в этом случае необязательна, т.к. достаточно информации о его нахождении в ВМТ. Для этой цели используется специальный маркерный диск. При непосредственном распределении для каждого цилиндра используется индивидуальная катушка, расположенная в непосредственной близости от свечи зажигания. В этом случае высоковольтные провода вообще отсутствуют. Однако отсутствие воздушного зазора "бегунок- крышка" может привести к несанкционированному пробою искрового промежутка свечи в момент начала протекания тока по первичной обмотке.

Для исключения этого явления во вторичную обмотку каждой катушки может включаться высоковольтный диод, препятствующий протеканию тока обратной полярности. Блок управления содержит несколько мощных выходных каскадов (по числу цилиндров двигателя), работающих в строгой последовательности, повторяющей порядок работы цилиндров.

Подавляющее большинство производителей для обеспечения синхронизации в таких системах использует датчик положения распределительного вала. Системы с индивидуальными катушками сложнее и дороже, однако обладают рядом преимуществ. Отсутствие паразитного искрового промежутка (бегунок - крышка) позволяет уменьшить коэффициент трансформации индивидуальной катушки, что в сочетании с небольшой ёмкостью вторичной цепи (высоковольтный провод отсутствует) позволяет значительно повысить устойчивость искрообразования в условиях загрязнения свечей (т.е. образования шунтирующего сопротивления параллельно искровому промежутку). Кроме этого индивидуальное распределение обеспечивает значительно меньший уровень электромагнитных помех и более высокую надежность работы системы в целом. Отказ какого- либо компонента в первичной и общей части вторичной цепи в обычных системах приводит к отказу системы.

В двигателе с индивидуальным распределением высоковольтной энергии в аналогичном случае происходит лишь частичная потеря мощности из-за отсутствия искрообразования в одном цилиндре, автомобиль тем не менее может продолжать движение (системы "Waste Spark" в этом плане занимают промежуточное положение).

В новейших автомобилях для исключения выбросов несгоревшего топлива в окружающую среду и защиты катализатора блок управления отключает подачу топлива в неисправный цилиндр. Для регистрации факта пропусков искрообразования может использоваться сигнал со специального измерительного резистора R1, включённого в цепь вторичных обмоток, а также другие, более сложные способы. 3.1.5. Системы зажигания с обратной связью по сигналам датчика детонации В большинстве современных систем зажигания с электронным управлением используются принципы теории автоматического регулирования. В качестве главного критерия в настоящее время выбран критерий бездетонационной работы двигателя при обязательном условии соблюдения норм по токсичности выхлопа.

В таких системах происходит непрерывная коррекция рассчитанного блоком управления угла опережения зажигания по сигналам датчика (или группы датчиков) детонации. Датчик детонации выполняется, как правило, на базе пьезоэлемента и устанавливается в точке наиболее интенсивного излучения колебаний, возникающих при возникновении детонационного сгорания смеси в цилиндрах двигателя. Обычно датчик закрепляется непосредственно на стенке блока цилиндров или головке блока. В более сложных системах могут устанавливаться два и более датчиков. Факт обнаружения детонации в цилиндрах 1, 2 и 3 обозначается соответственно как К,, К2 и К3. В четвертом цилиндре детонация на рассматриваемом интервале времени отсутствует.

При поступлении на вход сигнала детонации блок управления уже к следующему такту сжатия в этом цилиндре уменьшает угол опережения зажигания примерно на 1+2°. При этом в цилиндре, где детонация отсутствует, угол опережения зажигания остается прежним. Если сгорание смеси вновь сопровождается возникновением детонации, блок управления уменьшает угол опережения зажигания ещё на один шаг (цилиндр 1) и т.д. И только после того, как будет зафиксировано отсутствие детонации, причем, как правило, в течение нескольких десятков последовательных тактов, начинается постепенный возврат значения угла опережения зажигания к значениям, записанным в базовой "матрице". Как видно этот возврат происходит гораздо медленнее и небольшими (0,2*0,3°) приращениями. Оригинальным способом решается проблема регистрации факта детонации в последних моделях автомобилей SAAB, оснащенных системой зажигания с накоплением энергии в электрическом поле конденсатора. Датчик детонации на этих автомобилях отсутствует. Его роль выполняют обычные свечи зажигания.

Центральные электроды всех четырех свечей находятся под постоянным напряжением +80 В относительно "массы" (т.е. бокового электрода). Это так называемое ионизирующее напряжение. Под его действием газы, образовавшиеся в результате сгорания смеси, способны проводить электрический ток, что позволяет регистрировать детонационные волны по характеристике протекающего через свечу тока. Алгоритм управления углом опережения зажигания при наличии детонации в системе практически не отличается от описанного выше. Благодаря применению датчиков детонации удаётся повысить степень сжатия двигателя и, таким образом, получить более высокие мощностные и экономические показатели. Значительно снижается вероятность повреждения двигателя при применении низкооктанового топлива. Однако возможности таких систем не безграничны, поэтому при эксплуатации не следует применять бензин с октановым числом, более чем на 5+6 единиц ниже рекомендуемого заводом-изготовителем.

Принцип действия этого датчика также основан на изменении величины магнитного потока при прохождении зубьев диска вблизи сердечника датчика. В большинстве случаев маркерные диски имеют конструкцию, позволяющую при использовании всего одного датчика получить сигнал, содержащий информацию, как о частоте вращения коленчатого вала, так и о его угловом положении. Однако в некоторых случаях применяется другое решение - в качестве маркерного диска используется зубчатый венец маховика, а для получения сигнала синхронизации используется специальный штифт и второй индукционный датчик (например, пятицилиндровые двигатели AUDI, некоторые модели VOLVO и др.). Другим часто применяемым типом датчика частоты вращения/ положения является датчик Холла. Чаще всего этот датчик устанавливается непосредственно в распределителе зажигания.

Принцип действия такого датчика основан на изменении выходного сигнала в результате прерывания (экранирования) магнитного потока, воздействующего на чувствительный элемент Холла. Для создания магнитного потока используется постоянный магнит, а для его прерывания в большинстве случаев используются маркерные диски-экраны из магнитомягкого материала. В отличие от индукционного датчика, датчик Холла является активным, т.е. использует электронные компоненты (усилитель-ограничитель) и поэтому требует наличия питающего напряжения. Датчик Холла может получать информацию также и непосредственно с маркерного диска коленчатого вала.

Этот диск закрепляется на внутренней стороне шкива коленчатого вала. На один оборот вала датчик выдает три импульса, используемых блоком управления зажиганием и впрыском для управления работой коммутатора и форсунок. Для получения сигнала синхронизации используется датчик положения распределительного вала, также использующий эффект Холла, но имеющий иную конструкцию. В этом случае на поверхности вращения (например, торец распределительного вала) закрепляется магнит, а крыльчатка-экран не используется. Непосредственно над плоскостью вращения магнита устанавливается собственно датчик Холла. При вращении вала и прохождении магнита вблизи чувствительного элемента датчика Холла на его выходе появляется импульс напряжения. Для получения информации о частоте вращения и положении коленчатого и распределительного валов применяются также оптические датчики.

Принцип действия таких датчиков заключается в периодическом прерывании маркерным диском светового потока, создаваемого излучателем (светодиодом) в инфракрасном диапазоне и регистрации изменений этого потока приемником (фотодиодом). После усиления выходного напряжения фотодиода на выходе датчика получается напряжение импульсной формы. Как правило используются двухканальные оптические датчики. Основное преимущество оптических датчиков - высокая разрешающая способность, поэтому в паре с такими датчиками используются маркерные диски с большим числом прорезей (как правило, они следуют с шагом в 1°), что позволяет с высокой точностью определять угловое положение коленчатого вала. Естественно, что в этом случае предъявляются повышенные требования к приводу распределителя. Необходимо отметить, что применение датчиков фазы (т.е. датчиков положения распределительного вала) в подавляющем большинстве случаев не является необходимым условием работы системы зажигания на двигателях с механическим распределением высоковольтной энергии, а также с системами "Waste Spark". Исключение составляют двигатели с нечетным числом цилиндров, а также, двигатели с индивидуальными катушками зажигания. Применение датчиков положения распределительного вала на современных автомобилях в большинстве случаев обусловлено необходимостью правильной синхронизации работы форсунок, а в моделях выпуска после 1995+96 гг. - требованиями OBD-II (система бортовой самодиагностики). В качестве датчиков положения распределительного вала применяются все три типа рассмотренных выше датчиков.

Принцип работы такого датчика заключается в преобразовании вибрации каких-либо поверхностей двигателя (например, стенки головки цилиндров) в электрический сигнал. Как правило, датчики детонации, устанавливаемые на конкретный тип двигателя, обладают резонансной характеристикой, "настроенной" на этот двигатель (обычно максимальная чувствительность датчика достигается на частотах 5+8 кГц). Это означает, что наибольшее напряжение на выходе датчика возникает как раз на частотах колебаний, излучаемых конкретной деталью, в которую вворачивается датчик, (например, головкой блока) при детонационном сгорании топлива. Это позволяет значительно увеличить отношение сигнал/ шум на выходе датчика и повысить вероятность распознавания начала детонации блоком управления. Многие производители применяют широкополосные датчики детонации, собственная резонансная частота которых достаточно высока (более 20+30 кГц). В этом случае необходимая резонансная характеристика формируется в электронном блоке обработки сигнала детонации. Некоторые конструкции двигателей отличаются детонационными вибрациями с довольно широким спектром частот излучения. В таких случаях также применяются широкополосные датчики детонации. Разновидность пьезодатчика детонации - датчик со встроенным шунтирующим резистором.

При исправном состоянии всей цепи на выходе датчика действует постоянное напряжение +2,5 В, получаемое в результате работы делителя из резисторов R1 и R2. Сигнал детонации изменяется в обе стороны от этого уровня (в диапазоне 0+5 В). Такое решение обусловлено тем, что пьезоэлемент не пропускает постоянного тока, а потому диагностика цепи датчика блоком управления затруднена. В приводимой схеме эти трудности легко устраняются. В случае обрыва в цепи датчика напряжение на входе блока управления становится равным +5 В, а в случае короткого замыкания равно нулю. Таким образом блок управления диагностирует состояние этой цепи ещё до запуска двигателя, при включении зажигания. В случае обнаружения неисправности блок управления существенно (на 10+15°) снижает углы опережения зажигания на большинстве режимов работы двигателя для гарантированного недопущения детонации. При этом мощностные и экономические характеристики автомобиля ухудшаются, но значительно снижается риск повреждения двигателя.

При работе свечи к ней предъявляются противоречивые требования, обусловленные различными условиями протекания процессов сгорания на различных режимах работы двигателя. С одной стороны, на режимах холостого хода и малых нагрузок (не говоря уже о режимах пуска и прогрева), температура конуса изолятора не должна опускаться ниже 300+400°С для гарантированного самоочищения. С другой стороны, на режимах высоких частот вращения коленчатого вала и больших нагрузок, температура электродов и изолятора не должна превышать 800+850'С во избежание преждевременного воспламенения смеси (калильное зажигание). Получаемое в результате сгорания смеси в цилиндре тепло свеча отводит в основном в тело головки блока цилиндров и частично в окружающую среду.

Нижняя граница теплового диапазона определяется условием самоочистки конуса изолятора свечи, верхняя граница - условием работы без калильного зажигания.

Для количественной оценки тепловой характеристики свечи пользуются термином "калильное число". Каждый производитель использует свою систему обозначения калильных чисел, однако это не меняет физического смысла данного понятия - калильное число отражает положение кривой теплового диапазона свечи на диаграмме. "Горячие" свечи зажигания работают при более высокой температуре конуса изолятора, поэтому более подходят для работы в условиях городского движения, особенно при коротких поездках или в зимнее время. "Холодные" свечи имеют более низкую температуру конуса, поэтому обеспечивают надёжную защиту от возникновения калильного зажигания при движении с высокими скоростями и нагрузками. При необходимости замены свечей зажигания необходимо также учитывать тот факт, что температурный диапазон работы свечей на современных высокофорсированных двигателях значительно шире, чем на двигателях разработки 15+20-летней давности. Это означает, что зачастую недостаточно правильно подобрать свечи по калильному числу, необходимо также, чтобы устанавливаемые свечи обладали возможностью безотказной работы в более широком диапазоне температур. Таким условиям отвечают свечи типа "термоэластик" или "супертермоэпастик", которые обеспечивают, с одной стороны, хороший отвод тепла при высоких температурах за счёт изготовления центрального (а в последнее время и бокового) электрода из меди, а с другой - надёжную очистку при работе в низкотемпературном диапазоне за счёт оптимизации размеров и формы изолятора.

Для увеличения срока службы и удлинения интервалов замены свечей центральный и боковой электроды покрываются благородными металлами, в частности платиной, обладающей высокой стойкостью к электрохимической эрозии. Величина искрового промежутка у таких свечей остаётся стабильной на протяжении 25+30 тыс. км и более. В последнее время все больше производителей применяют «платиновые" свечи непосредственно при сборке на конвейере. Это диктуется стремлением к увеличению интервалов между ТО. Этой же цели (увеличение срока службы) служат многоэлектродные свечи. Однако за счет маскировки фронта пламени и повышенной теплоотдачи такие свечи имеют худшие по сравнению с одноэлектродными показатели по токсичности, экономичности и стабильности работы на низкотемпературных режимах.

Обогащение смеси необходимо также при пуске холодного двигателя (а намного меньше 1) и на режимах ускорения Расход воздуха зависит от режима работы двигателя (положение дроссельной заслонки и частота вращения коленчатого вала) и условий окружающей среды (температура, барометрическое давление). Для прогретого двигателя, работающего на установившемся режиме, задача поддержания необходимого состава смеси сводится к определению скорости расхода воздуха и обеспечению такой скорости подачи топлива, при которой и = 1. При изменении режима или условий работы двигателя необходимо изменять также и состав смеси. Эти задачи решаются системами топливоподачи. Как уже говорилось выше, критерии оценки работы бензинового ДВС могут быть различны. До 70-х годов при конструировании ДВС учитывались, в основном, требования максимальной мощности двигателя. После нефтяного кризиса 70-80-х годов, напротив, главным критерием стало получение максимальной экономичности.

В настоящее время главным условием при разработке ДВС является соблюдение все более ужесточающихся норм по токсичности отработавших газов при обеспечении достаточно высокой экономичности и высоких мощностных характеристик. До середины 70-х годов на двигателях автомобилей господствовали карбюраторные системы подачи топлива. В настоящее время системы впрыскивания топлива на бензиновых двигателях в США, Японии и странах Европы практически вытеснили карбюраторные системы (новые и разрабатываемые модели автомобилей). Произошло это главным образом по причине последовательного ужесточения требований к токсичности отработавших газов.

Современные требования по токсичности отработавших газов уже невозможно удовлетворить при использовании карбюраторов, даже с электронным управлением. Кроме этого, системы впрыска обладают рядом дополнительных преимуществ перед карбюраторами, улучшающим общие потребительские и ездовые качества автомобиля.

Почти все существующие системы впрыска можно условно разделить на группы: по месту впрыскивания - системы центрального и распределенного (многоточечного) впрыска, по принципу действия - дискретного и непрерывного действия. Все системы центрального и большая часть систем распределенного впрыска являются электронными системами дискретного действия, т.е. используют электромагнитные форсунки, управляемые специальными электронными блоками. Существует также довольно многочисленное семейство систем распределенного впрыска, использующие в основе своей работы механические и гидравлические принципы.

Эти системы являются системами непрерывного действия, они разработаны и серийно выпускаются исключительно фирмой BOSCH. К ним относятся системы К-, KE-Jetronic, KE-Motronic различных версий и модификаций. Необходимо также выделить группу систем распределенного впрыска непосредственно в полость цилиндра. Эти системы считаются наиболее перспективными. Их серийный выпуск с 1996 г. начат фирмой MITSUBISHI; работы над такими системами ведут многие производители. Ниже рассматриваются основные принципы построения и работы карбюраторов с электронным управлением, электронных систем многоточечного и центрального впрыска, а также механических и электромеханических систем непрерывного действия.

Главным компонентом таких карбюраторов является соленоид 1, приводящий в действие дозирующую иглу 4, перемещающуюся между двумя упорами 2 и 10. Перемещение иглы происходит при подаче на соленоид управляющего напряжения импульсной формы. Частота импульсов неизменна и обычно лежит в пределах 10+100 Гц. В нижнем положении запорная игла практически полностью перекрывает отверстие топливного жиклера 6 главной дозирующей системы, а в верхнем положении полностью открывает его. Если скважность (отношение времени действия сигнала к времени периода повторения) управляющих импульсов составляет 50%, то игла занимает среднее положение между упорами. Упор 10 называется упором "богатого" состава смеси, упор 2 - "бедного" состава. При поступлении от блока управления импульсов со скважностью более 50% среднее значение тока соленоида увеличивается, что приводит к опусканию иглы и обеднению смеси. Если скважность управляющих импульсов менее 50%, имеет место обогащение смеси.

Электронный блок изменяет скважность управляющих импульсов в соответствии с сигналом специального кислородного датчика, установленного в выпускном тракте до катализатора и поддерживает состав смеси близким к стехиометрическому. Для регулирования состава смеси на режиме холостого хода может использоваться второй дозирующий соленоид, либо эти функции выполняет основной соленоид, приводящий еще одну запорную иглу.

Существуют также карбюраторы с электронным управлением, в которых регулирование состава смеси осуществляется изменением сечения воздушных жиклеров. Принцип регулирования здесь такой же - посредством изменения скважности управляющих импульсов. Ещё один принцип коррекции состава смеси реализован в карбюраторе "Экотроник" (фирма PIERBURG). Здесь для этой цепи используется воздушная заслонка, приводимая специальным актюатором. Открытие заслонки приводит к обеднению смеси, прикрытие - к обогащению. Кроме этого, карбюратор "Экотроник" содержит подсистему автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала, для чего используется специальный пневмопривод дроссельной заслонки. Управление актюаторами воздушной и дроссельной заслонок осуществляет специальный электронный блок.

Число форсунок в системах распределенного впрыска равно числу цилиндров двигателя. Если двигатель V-образный, используются две топливные рельсы, соединенные между собой, либо представляющие общую конструкцию U-образной формы. Нижние (выходные) части форсунок, также через уплотняющие кольца, вставлены в специальные гнезда в тепе впускного тракта таким образом, что сопла форсунок располагаются в зоне над впускными клапанами. Топливная рельса кроме функции механического крепления форсунок выполняет роль демпфера-ресивера, уменьшая колебания давления топлива в зоне расположения форсунок, возникающих вследствие импульсного характера их открытия и закрытия. Рабочее давление топлива в таких системах имеет значение 0,2+0,4 МПа в зависимости от типа и конструкции. Абсолютная величина давления топлива в рельсе (имеется в виду интегральная величина, не подверженная влиянию динамических всплесков вследствие циклической работы форсунок) изменяется в зависимости от нагрузки на двигатель.

А вот разность между абсолютным давлением топлива в системе и абсолютным давлением воздуха во впускном коллекторе за дроссельной заслонкой поддерживается постоянной. Для этой цели используется специальный регулятор давления (стабилизатор перепада давления) 10, перепускающий часть поступающего топлива обратно в бензобак по трубопроводу 11. Начиная с 1995+96 годов некоторые модели автомобилей (JEEP, TOYOTA, MERCEDES-BENZ и др.) не имеют топливопровода обратного слива, регулятор давления устанавливается непосредственно в бензобаке и является частью моноблока топливного насоса. Такие изменения в конструкции обусловлены все более ужесточающимися требованиями по ограничению выбросов в атмосферу паров топлива. Впрыск топлива осуществляется при подаче на клеммы форсунок импульсов управляющего напряжения. Распыливание задаётся специальной конструкцией сопла форсунки, обеспечивающей получение факела с необходимыми для данного типа двигателя характеристиками. Так как пропускная способность форсунки задается при изготовлении, а перепад давлений между входной и выходной частью форсунок поддерживается постоянным, количество топлива, поданного во впускной коллектор за один цикл определяется длительностью управляющего импульса. Длительность управляющего импульса рассчитывается электронным блоком управления на основании сигналов, поступающих от совокупности различных датчиков. В ранних вариантах систем впрыска синтезирование управляющих импульсов необходимой длительности осуществлялось на основе аналоговой и импульсной схемотехники. В современных блоках управления эта задача решается с использованием микропроцессоров.

1. Расчёт так называемой "базовой длительности". Под временем понимается та составляющая длительности управляющего импульса, которая зависит только от скоростного и нагрузочного режима двигателя. Допустив небольшое приближение, можно сказать, что при работе прогретого двигателя на стационарных режимах = тупр .

2. Коррекция (т.е. увеличение или уменьшение) базового времени дозирования в зависимости от режима (прогрев, ускорение и т.п) и условий (температура охлаждающей жидкости, температура всасываемого воздуха и т.п.) работы двигателя. Рассмотрим более подробно процедуру расчёта длительности управляющего импульса. Впрыскивание топлива каждой форсункой осуществляется один раз (реже два раза) за полный такт работы данного цилиндра, т.е. имеет место цикловая подача топлива. Для определения количества топлива GT, необходимого для одного такта работы цилиндра, рассчитывается количество воздуха Ов, поступающего в цилиндр на такте впуска. Очевидно, что для этого необходимо измерить частоту вращения коленчатого вала и количество воздуха, поступившее в цилиндры за единицу времени, т.е. скорость расхода воздуха (в дальнейшем - просто расход воздуха). Задача измерения частоты коленчатого вала не представляет затруднений и решается с помощью датчиков того или иного типа. Сложнее обстоит депо с измерением количества (т.е. массы) поступающего в цилиндры воздуха.

В настоящее время используются методы как непосредственного, так и косвенного определения его расхода. Системы впрыска, использующие принцип непосредственного измерения расхода воздуха, обязательно имеют в своём составе специальный датчик, являющийся "сердцем" системы - датчик расхода воздуха или расходомер воздуха. Существует достаточно большое число типов таких датчиков, однако наиболее широкое распространение получили три типа: флюгерный (или лопастной) датчик, проволочный (HLM) и пленочный (HFM) термоанемометрические датчики. Широкое распространение получили также системы, в которых количество поступившего в цилиндры воздуха не измеряется, а рассчитывается на основании измерения других параметров работы двигателя. Подавляющее большинство таких систем в качестве главного командного параметра использует величину абсолютного давления во впускном коллекторе за дроссельной заслонкой. При увеличении нагрузки на двигатель давление за дроссельной заслонкой также увеличивается; зная частоту вращения коленчатого вала и величину давления можно определить и скорость расхода воздуха. Необходимо отметить, что в этом случае для уменьшения погрешности расчета массового расхода воздуха нужно учитывать и его температуру во впускном коллекторе. Эта информация поступает в блок управления от датчика температуры воздуха, устанавливаемого, как правило, непосредственно в ресивере впускного коллектора. Наконец, существует еще один, самый простой и наименее точный метод оценки расхода воздуха - по величине угла открытия дроссельной заслонки. Этот метод применяется, в основном, на спортивных двигателях, рассчитанных на работу с максимальным наполнением на высоких оборотах и имеющих короткие индивидуальные для каждого цилиндра впускные трубопроводы.

Применение датчиков расхода воздуха и датчиков абсолютного давления на таких двигателях затруднено или невозможно. В обычных легковых автомобилях этот метод используется в недорогих системах центрального впрыска типа Моnо- Jetronic. Процедуры расчета времени для систем впрыска, использующих различные принципы измерения или расчета расхода воздуха, в достаточной степени различаются, однако, если допустить некоторые упрощения, можно свести их к следующему. На этапе разработки и доводки двигателя определяется так называемая "базовая поверхность", т.е. значения длительности управляющего импульса в множестве дискретных точек. Каждая точка характеризуется каким-либо значением частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель (т.е. расхода воздуха). Вся эта информация в виде матрицы заносится в ПЗУ блока управления. При работе двигателя блок управления получает от соответствующих датчиков информацию о частоте вращения коленчатого вала (N) и нагрузке на двигатель (Q) и "находит" в ПЗУ соответствующее значение времени тбаз .

При отличии одной или обеих входных переменных (т.е. О и N) от дискретных значении, записанных в ПЗУ, блок управления производит интерполяцию. После определения т6аэ производится коррекция этой величины, если это необходимо по условиям работы двигателя. Как уже говорилось выше, условия работы двигателя могут быть самыми различными. Поэтому для приготовления смеси необходимого состава длительность управляющего импульса необходимо уменьшать или увеличивать. Рассмотрим несколько основных режимов и условий работы двигателя: 1. Пуск холодного двигателя. В большинстве блоков управления расчет длительности управляющих импульсов тупр на этом режиме осуществляется по отдельной ветви программы. В этом случае тупр зависит только от величины сопротивления датчиков температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха — с понижением температуры значение тупр увеличивается, а также от числа оборотов, сделанных коленчатым валом после начала прокрутки стартером. Пусковой режим считается завершенным при достижении значения частоты вращения 300+500 мин- 1 .

На автомобилях 70+80-х годов, имевших несовершенные форсунки и блоки управления, для дополнительного обогащения смеси при пуске холодного двигателя использовались пусковые форсунки. Работа такой форсунки в большинстве случаев не связана с блоком управления. Форсунка активируется подачей напряжения через специальный термовременной выключатель или реле. В более совершенных системах (например, LH2.4 фирмы BOSCH, устанавливаемых на автомобилях VOLVO 240/740/940) пусковая форсунка включается выходным каскадом блока управления. На автомобилях, выпускаемых в настоящее время, пусковая форсунка устанавливается крайне редко. 2. Прогрев после пуска. Как только частота вращения коленчатого вала превысит заданный в памяти порог (400+600 мин- 1), начинается работа процессора по основной ветви программы. Кроме того, блок управления учитывает также и время, прошедшее после пуска. 3. Движение с постоянной скоростью при полностью прогретом двигателе (частичные нагрузки). 4. Движение с полностью открытой дроссельной заслонкой (полная нагрузка). Это так называемый "мощностной режим". Значение а на этом режиме - примерно 0,85+0,88, т.е. смесь обогащается. Информацию о необходимости перехода на мощностной состав смеси блок управления получает от датчика положения дроссельной заслонки. 5. Ускорение. На этом режиме также происходит кратковременное увеличение ТуПГ, в зависимости от скорости и степени открытия дроссельной заслонки. Учитывается также и температура охлаждающей жидкости (чем ниже температура, тем больше степень обогащения). 6. Торможение двигателем. В этом случае работа блока управления осуществляется по специальной ветви программы. Длительность импульсов ТуПр становится равной нулю, т.е. форсунки отключаются при выполнении следующих условий: 1. Дроссельная заслонка закрыта; 2. Частота вращения коленчатого вала более 1200+1300 мин- 1 (в зависимости от типа двигателя). При падении оборотов до значения 1000+1200 мин- 1 подача топ- пива форсунками вновь возобновляется.

Рассмотрим теперь, каким образом происходит синхронизация работы форсунок. В электронных системах распределенного впрыска используются три метода управления форсунками - одновременный, групповой и синфазный (последовательный). При одновременной схеме впрыска все форсунки (обычно эта схема применяется для четырех цилиндровых двигателей) соединяются параллельно и управляются от одного выходного ключа. Для выравнивания качества смесеобразования по цилиндрам впрыск топлива каждой форсункой осуществляется один раз за один оборот коленчатого вала четырехтактного двигателя. При групповом методе форсунки объединяются в N групп по п форсунок в каждой группе. В пределах одной группы форсунки также соединены параллельно, каждая группа форсунок управляется от соответствующего вывода блока управления. В этом случае при поступлении на группу форсунок управляющего импульса от блока управления впрыск топлива осуществляется одновременно всеми форсунками данной группы.

Использование одновременного и группового методов получило самое широкое распространение, поскольку при впрыскивании топлива в зону над впускным клапаном момент впрыска не оказывает решающего воздействия на мощностью характеристики двигателя. Синхронизация импульсов управления форсунками при одновременном и групповом впрыске, как правило, осуществляется по импульсам управления коммутатором системы зажигания. Более прогрессивным прежде всего с точки зрения уменьшения токсичности и всё чаще применяемым в последние годы является метод последовательного или фазированного впрыска (Sequential Fuel Injection или SFI). В этом случае момент подачи управляющего импульса на форсунку каждого цилиндра увязывается с моментом открытия впускного клапана в этом цилиндре и даже может изменяться в зависимости от режима работы двигателя. Такая схема сложней и дороже, требует более совершенного блока управления, однако обеспечивает лучшие характеристики работы двигателя, особенно на неустановившихся режимах. При пуске холодного двигателя, а также в случае перехода системы в резервный режим работы ("limp home") управление форсунками в системах SFI, как правило, осуществляется по одновременному принципу.

Однако и в этих системах весь процесс дозирования топлива целесообразно разделить на две составляющие — базовое дозирование и его коррекция в зависимости от режима и условий работы двигателя. Базовое дозирование топлива (стационарные режимы на прогретом двигателе) осуществляется следующим образом. Воздух, засасываемый цилиндрами двигателя, пройдя через воздушный фильтр, отклоняет напорный диск расходомера 15, жестко сидящий на подвижном рычаге 5. Рычаг, установленный на оси 2, в свою очередь воздействует на плунжер 16. перемещающийся внутри специального цилиндра с радиально расположенными дозирующими отверстиями 19, выполненными в виде щелей. Существует две разновидности расходомеров — с нисходящим и восходящим потоком воздуха (см. рис. 3.63).

При использовании обоих типов расходомеров увеличение потока воздуха (увеличение нагрузки) вызывает перемещение плунжера вверх, а следовательно и увеличение сечений дозирующих отверстий. Число дозирующих отверстий равно числу цилиндров двигателя. Топливо подаваемое к дозатору-распределителю, пройдя через дозирующие отверстия и специальные дифференциальные клапаны 13 по трубопроводам 14 направляется к форсункам 15, расположенным, как и в электронных системах, в специальных гнездах в тепе впускного коллектора, над впускнымиклапанами. Таким образом, увеличение расхода воздуха, проходящего через горловину расходомера, вызывает увеличение потока топлива, направляемого к форсункам. Благодаря конструктивным решениям в системе в широком диапазоне от малых до умеренных нагрузок обеспечивается практически линейная зависимость между расходом воздуха и количеством топлива, впрыскиваемым форсунками, что позволяет поддерживать состав смеси примерно постоянным.

Для осуществления такой линейной зависимости необходимо устранить одно препятствие. Депо в том, что при изменении сечений дозирующих отверстий меняется также и перепад давления между внутренней и внешней кромками дозирующего отверстия. Для поддержания постоянства перепада давления на дозирующих отверстиях, т.е. между точками А и Б служатдифференциальные клапаны. В этом случае количество топлива, подаваемого к форсункам, определяется только площадью дозирующих отверстий, т.е. положением плунжера. Число дифференциальных клапанов равно числу цилиндров двигателя. Каждый дифференциальный клапан состоит из нижней и верхней камеры, разделённых специальной диафрагмой. В центре верхней камеры над диафрагмой расположен канал выхода топлива к форсунке. Все нижние камеры сообщаются между собой, давление в них постоянно и определяется регулятором давления (это давление называется системным). Верхние камеры изолированы друг от друга. В каждой верхней камере расположена пружина, ее давление на диафрагму равно примерно 0,01 МПа.

При изменении положения плунжера изменяется площадь дозирующих отверстий, а, следовательно, и количество топлива, поступающее в верхние камеры. Это приводит к изменению прогиба диафрагмы и перепада давления между ее верхней кромкой (т.е. седлом клапана) и выходным каналом. Таким образом, поддерживается постоянство перепада давления на кромке дозирующего отверстия. Величина этого перепада определяется воздействием пружины и также равна 0,01 МПа. Рассмотрим, как происходит коррекция состава смеси на различных режимах работы двигателя. Обогащение состава смеси при пуске холодного двигателя и постепенное возвращение на нормальный состав (а = 1) при последующем прогреве в системе K-Jetronic осуществляется посредством изменения давления на верхнюю часть дозирующего плунжера. Эти функции возложены на регулятор прогрева или регулятор управляющего давления (противодавления). При низкой температуре охлаждающей жидкости биметаллическая пружина 4, воздействуя на шток 2, отклоняет диафрагму 6 вниз, увеличивая таким образом перепуск топлива от верхней части дозирующего плунжера обратно в бензобак. В этом случае давление топлива над плунжером понижается, плунжер перемещается вверх, количество топлива, поступающего к форсункам, увеличивается (обогащение смеси).Так как сразу после начала прокрутки стартером коленчатого вала двигателя на подогревающую спираль 5 подается напряжение, биметаллическая пружина 4 начинает постепенно перемещаться вверх, что приводит к уменьшению количества перепускаемого через регулятор топлива, а следовательно, к увеличению давления на верхнюю часть дозирующего плунжера, его опусканию и уменьшению площади дозирующих отверстий. Таким образом, по мере прогрева двигателя осуществляется постепенное изменение состава топливовоздушной смеси от богатого к нормальному. Этот процесс отражают характеристики регулятора прогрева. Однако регулятор прогрева в полной мере не может обеспечить необходимый для пуска холодного двигателя состав смеси (при температуре -20°С требуемое отношение воздух/ топливо может достигать значений = 1:1). Дополнительное обогащение смеси при пуске холодного двигателя достигается впрыскиванием топлива через дополнительную пусковую форсунку.

Пусковая форсунка по конструкции является электромагнитной. Устанавливается она таким образом, чтобы впрыскиваемое топливо попадало в общую для всех цилиндров зону впускного коллектора. Напряжение питания к пусковой форсунке в большинстве моделей подводится через специальный термовременной выключатель 11, вворачиваемый в рубашку охлаждения головки цилиндров. После пуска холодного двигателя происходит быстрый нагрев биметаллической пластины термовыключателя и отключение пусковой форсунки. При пуске прогретого двигателя пусковая форсунка не работает, так как температура корпуса термовыключателя достаточно высока и его контакты разомкнуты. Однако в некоторых конструкциях двигателей (AUDI, VOLVO) даже при горячем пуске требуется подача дополнительного количества топлива. Это осуществляется путем дискретного включения пусковой форсунки специальным импульсным реле. Рассмотренный выше регулятор прогрева, но более совершенной конструкции, выполняет также функцию дополнительного обогащения состава смеси при полностью открытой дроссельной заслонке или при использовании турбонаддува. Как видно, внутренняя полость регулятора связана с задроссельным пространством вакуумной трубкой. Если нагрузка на двигатель невелика, давление за дроссельной заслонкой меньше атмосферного, и нижняя диафрагма регулятора занимает крайнее верхнее положение. При больших нагрузках давление в полости регулятора сравнивается или даже превышает (на двигателях с наддувом) атмосферное. Тогда диафрагма со штоком перемещается вниз, чтоприводит к увеличению перепуска топлива через каналы 5 и 6 и уменьшению давления на верхнюю часть дозирующего плунжера. Таким образом происходит приготовление смеси мощностного состава.

Обогащение смеси при резких ускорениях автомобиля происходит автоматически, за счет эффекта "overswing" (т.е. перебег, перескок), смысл которого заключается в том, что при резком открытии дроссельной заслонки напорный диск расходомера за счет инерции перемещается на значительно большую величину, чем это происходит при плавном наборе скорости. Так как перемещение рычага напорного диска однозначно определяет и перемещение дозирующего плунжера, происходит впрыскивание дополнительного количества топлива, что приводит к необходимому обогащению состава смеси и достижению хороших динамических качеств автомобиля. Система KE-Jetronic является модификацией системы К- Jetronic.. В своей основе она повторяет конструкцию базовой системы К- Jetronic и не отличается от нее принципом базового дозирования топлива (прогретый двигатель - установившиеся режимы, плавные ускорения). Коррекция состава смеси на остальных режимах в корне отличается от применяемого в базовой системе K-Jetronic принципа изменения давления на верхнюю часть плунжера. В системе KE-Jetronic давление на верхнюю часть плунжера постоянно и равно системному (обычно 0,5+0,6 МПа). Коррекция состава смеси осуществляется посредством изменения перепада давления на дозирующих отверстиях за счет изменения давления в нижних камерах дозатора-распределителя. Как видно, количество топлива, поступающего в нижние камеры, определяется положением металлической мембраны так называемого электрогидравлического регулятора давления.

Так как на работающем двигателе происходит непрерывное удаление топлива из нижних камер через калиброванное отверстие обратно в бензобак, давление в нижних камерах, а, следовательно, положение диафрагм дифференциальных клапанов и перепад давления на дозирующих отверстиях будет определяться количеством топлива, подаваемого в нижние камеры, т.е., в конечном итоге, положением мембраны. В свою очередь, это положение зависит от величины и направления тока, протекающего по обмоткам регулятора. Величина тока задается электронным блоком управления на основании сигналов нескольких датчиков. При пуске холодного двигателя блок управления увеличивает значение тока регулятора до 80.120 мА, что приводит к уменьшению давления в нижних камерах, а следовательно к обогащению топливной смеси. Конкретное значение тока зависит только от сопротивления датчика температуры охлаждающей жидкости. Дополнительное обогащение смеси, так же как и в системе K-Jetronic, осуществляется за счет использования пусковой форсунки.

После запуска происходит быстрое уменьшение значения тока, протекающего по обмоткам регулятора, до 20+30 мА, а затем постепенное его уменьшение, адекватное времени, прошедшему после начала пуска и уменьшению сопротивления датчика температуры охлаждающей жидкости. Давление в нижних камерах возрастает, состав смеси приближается к нормальному. При достижении двигателем температуры 60+80°С значение тока становится равным нулю и электрогидравлический регулятор практически не оказывает влияния на работу системы (это утверждение не распространяется на версии системы KE-Jetronic с ^-регулированием, особенно при наличии т.н. контура адаптации). Обогащение смеси при ускорении, так же, как и в системе К-Jetronic, осуществляется за счет эффекта "overswing". Для улучшения динамических качеств автомобиля при движении на непрогретом двигателе в системе KE-Jetronic обеспечивается дополнительное обогащение смеси, зависящее от скорости открьпия дроссельной заслонки, а точнее - от скорости перемещения напорного диска расходомера. Это постигается кратковременным увеличением на 5+30 мА тока через обмотки электрогидравлического регулятора. Величина тока определяется блоком управления на основании величины сопротивления датчика температуры охлаждающей жидкости и скорости изменения выходного напряжения датчика положения напорного диска расходомера. Этот датчик представляет собой потенциометр и закрепляется на оси рычага напорного диска.

Переход на мощностной состав смеси при движении с полностью открытой дроссельной заслонкой также осуществляется увеличением тока регулятора, а разрешающим сигналом для блока является замыкание контактов полной нагрузки концевого датчика дроссельной заслонки. Электрогидравлический регулятор выполняет также функцию отсечки подачи топлива при торможении двигателем (режим принудительного холостого хода) и ограничении частоты вращения коленчатого вала. В обоих случаях блок управления изменяет полярность тока, подаваемого на регулятор. Диафрагма регулятора отклоняется вправо, давление топлива в нижних камерах возрастает, что приводит к закрытию дифференциальных клапанов и отсечке подачи топлива к форсункам.

Несомненным преимуществом данных систем является их относительная простота и меньшая, по сравнению с многоточечными системами, стоимость. В условиях эксплуатации такие системы более надежны - например, форсунки в гораздо меньшей степени подвержены загрязнениям и закоксовыванию, а низкое давление в системе позволяет во многих случаях применять бензонасосы турбинного типа, которые имеют больший ресурс. Основная часть системы - моноблок дроссельной заслонки (заслонок). В верхней части моноблока установлена электромагнитная форсунка 1. Топливо к форсунке подводится по каналу 4. Для поддержания необходимого давления в системах центрального впрыска чаще всего используется встроенный регулятор давления 2, перепускающий излишки топлива по трубопроводу 3 обратно в бак. Как правило, в системах центрального впрыска поддерживается давление порядка 0,08+0,12 МПа, хотя встречаются системы с давлением 1,8+2,2 МПа. Принцип работы и устройство регулятора аналогичны регуляторам, применяемым в электронных системах распределенного впрыска, однако, в отличие от этих систем, полость над диафрагмой соединяется не с задроссельным пространством, а с атмосферой (точнее, с полостью за воздушным фильтром). Это объясняется тем, что форсунка расположена над дроссельной заслонкой, т.е. в зоне практически постоянного давления, поэтому перепад давления на форсунке не меняется при изменении нагрузки на двигатель. На оси дроссельной заслонки (заслонок) находится датчик-потенциометр 5, сигнал которого поступает на вход блока управления. Довольно часто непосредственно в моноблок встраивается также и регулятор холостого хода. Форсунки систем центрального впрыска по конструкции отличаются от индивидуальных форсунок систем распределенного впрыска.

Так как частота управляющих форсункой импульсов кратна (как правило, в два или четыре раза выше) частоте вращения коленчатого вала, используются высокоскоростные форсунки с малым временем срабатывания, что обеспечивается специальной конструкцией и малой индуктивностью (а, следовательно, и малым сопротивлением) обмотки. Работа системы с точки зрения алгоритмов управления в принципе аналогична электронным системам распределенного впрыска. Основное отличие данных систем - использование упрощенных методов измерения расхода воздуха. Наиболее распространенным является метод расчета расхода воздуха по значениям абсолютного давления за дроссельной заслонкой и частоты вращения коленчатого вала. В этом случае используется датчик абсолютного давления во впускном коллекторе. Фирма BOSCH в своих системах Mono-Jetronic и Моnо- Motronic использует еще более простой (и, соответственно, более дешевый) метод оценки расхода воздуха - по частоте вращения коленчатого вала и углу открытия дроссельной заслонки. В этом случае основой для расчета тупр является записанная в ПЗУ блока управления матрица, т.е. зависимость длительности управляющих импульсов от угла открытия дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала.

Тем не менее, некоторые японские производители используют в системах центрального впрыска миниатюрный датчик расхода воздуха типа НОТ WIRE, встроенный в специальный байпасный канал в корпусе дроссельной заслонки. Итак, базовое дозирование количества впрыскиваемого форсункой топлива на прогретом двигателе основано на двух сигналах - датчика абсолютного давления во впускном коллекторе (реже - потенциометра дроссельной заслонки или термоанемометрического датчика расхода воздуха) и датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя. Рассчитанная на основе этой информации длительность управляющего форсункой импульса корректируется с учетом сигнала датчика температуры всасываемого воздуха. При пуске и последующем прогреве холодного двигателя время открытия форсунки корректируется блоком управления в соответствии с сопротивлением датчиков температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха. По мере прогрева коэффициент коррекции уменьшается и при температуре 80+9СГС становится равным единице. Коррекция (обогащение) топливной смеси при ускорении осуществляется по сигналу потенциометра дроссельной заслонки. Для этого прежде всего учитывается скорость нарастания выходного напряжения потенциометра, т.е. быстрота открытия дроссельной заслонки.

Генерировать э.д.с. датчики на основе ТЮ2 не могут. «Титановые» датчики, хотя и применяются на некоторых моделях автомобилей (NISSAN, BMW, JAGUAR), широкого распространения пока не получили. Весь цикл, изображенный на этом рисунке, непрерывно повторяется. Иными словами, состав смеси в системе с контуром обратной связи непрерывно изменяется от значений порядка а = 0.97+0.98 до значений а = 1,02+1,03. Сигнал кислородного датчика на основе Zr02 реально работающей системы изображен на рис. 3.80. Совершенно очевидно, что наличие такого сигнала на выходе датчика однозначно говорит о полной работоспособности как самого датчика, так и всей системы топливодозирования (речь идет о работе на установившихся режимах). Необходимо отметить, что внутреннее сопротивление циркониевого датчика тем выше, чем ниже его температура. Поэтому генерирование эдс. этим датчиком на нагрузку (входное сопротивление специального каскада в блоке управления) начинается только при прогреве датчика до температуры примерно 300+400°С.

До этого времени потенциал на выходе датчика равен примерно 0,45+0,50 В - это опорное напряжение, подаваемое от входного каскада блока управления. Такое схемное решение получило широкое распространение, однако на многих автомобилях японских фирм, а также автомобилях FORD используется несколько иная схемотехника входного каскада, при которой опорное напряжение на входе блока управления равно нулю. Наличие неизменного опорного напряжения (в том числе и нулевого уровня) на входе блока позволяет ему определить "неготовность" кислородного датчика к измерению содержания свободного кислорода.

Такая ситуация повторяется каждый раз при пуске и прогреве холодного двигателя. В это время работа системы осуществляется без обратной связи, т.е. по заранее запрограммированному алгоритму, основу которого составляют рассмотренное ранее базовое дозирование и коррекция (при прогреве - обогащение) состава смеси по сигналам различных датчиков. После достижения двигателем определенной температуры и прогрева кислородного датчика система переходит в режим замкнутого контура (или замкнутой петли) регулирования и поддерживает стехиометрический состав смеси на установившихся режимах практически во всем диапазоне час тот вращения и нагрузок. Исключение составляют следующие режимы: режим максимальной мощности (и = 0,86:0,88 ), режим торможения двигателем (отключение подачи топлива сильно обеднённая смесь, а намного больше 1), режим ускорения (обогащение смеси, адекватное скорости открытию дроссельной заслонки).

На этих режимах система также, как и при прогреве, работает в режиме "открытой петли", т.е. сигнал кислородного датчика не учитывается. Введение контура автоматического регулирования по составу смеси наиболее просто осуществляется в электронных системах дискретного действия. В таких системах происходит непрерывная коррекция длительности импульсов управления форсунками в соответствии с сигналами, поступающими от кислородного датчика. В системах непрерывного действия KE-Jetronic, имеющих электронный блок управления, точная коррекция состава смеси также не вызывает особых затруднений и осуществляется посредством циклического изменения в небольших пределах (1+3 мА) тока, подаваемого блоком в обмотки электрогидравлического регулятора. Наиболее сложными с точки зрения количества дополнительных конструктивных изменений в этом плане являются системы K-Jetronic и карбюраторы. В системе K-Jetronic точная коррекция состава смеси осуществляется посредством изменения давления в нижних камерах.

Такие системы (условное название К-лямбда) в достаточной степени отличаются от базовой версии. Давление топлива в нижних камерах системы К-лямбда не равно системному и может регулироваться благодаря перепуску топлива обратно в топливный бак через так называемый частотный клапан (frequency valve). Для управления этим клапаном используется сигнал изменяемой скважности, вырабатываемый специально вводимым в эту систему электронным блоком. При непрогретом или отключенном кислородном датчике скважность импульсов равна 50%, что соответствует исходному дозированию системы. Если система функционирует нормально и использует сигнал кислородного датчика, скважность импульсов непрерывно изменяется в узком диапазоне вокруг среднего значения 50%. Подобный принцип используется и в карбюраторах с электронным управлением.

Дальнейшим развитием систем Л-регулирования являются адаптивные системы с возможностью "самообучения" в процессе эксплуатации. Суть работы таких систем заключается в том, что по мере изменения характеристик различных систем и компонентов двигателя в процессе эксплуатации (например, загрязнение форсунок, уменьшение компрессии, подсос воздуха) в специальной области памяти блока управления накапливаются "поправочные коэффициенты", используемые процессором при расчете длительности времени впрыска (в системах KE-Jetronic - величины тока) на различных установившихся режимах. Это позволяет поддерживать стехиометрический состав смеси даже при значительных отклонениях в состоянии системы. Если обычные системы с X- регулированием обладают возможностью коррекции количества впрыскиваемого топлива в пределах ±10+15% от базового расчетного значения, то современные адаптивные системы способны обеспечить диапазон до ±40+50%. 3.2.6. Системы холостого хода. В электронных системах распределенного впрыска первых поколений отсутствовали подсистемы регулирования частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода.

Для компенсации потерь на трение при прогреве холодного двигателя использовались специальные дополнительные воздушные клапаны той или иной конструкции. При пуске холодного двигателя запасный (обходной) канал 1 вокруг дроссельной заслонки 6 имеет сечение тем больше, чем ниже температура двигателя, поскольку клапан имеет с ним непосредственный контакт. После пуска двигателя этим обеспечивается его работа на несколько повышенных оборотах для компенсации потерь на трение. На обмотку 5 клапана после начала пуска подается напряжение питания, что приводит к нагреву биметаллической пластины 3 и постепенному уменьшению сечения канала 1, а, следовательно, и уменьшению частоты вращения коленчатого вала по мере прогрева двигателя. Согласование характеристик прогрева двигателя и времени уменьшения сечения канала достигается выбором формы пластины 2 и характеристик биметаллической пружины. Установка заданной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу на прогретом двигателе осуществляется специальным регулировочным винтом 7, вращение которого позволяет в небольших пределах изменять количество воздуха, поступающего в обход закрытой дроссельной заслонки. Важно отметить, что такая регулировка не сопровождается изменениями состава смеси, а, следовательно, и содержания СО в отработанных газах, так как любое изменение количества воздуха, проходящего через байпасный канал, измеряется расходомером, и по его сигналу происходит адекватное изменение количества впрыскиваемого топлива.

Практически все современные системы впрыска, а тем более комплексные системы управления, включают в себя подсистемы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода. Подавляющее большинство таких подсистем используют для регулирования принцип изменения сечения байпасного воздушного канала. Встречаются также системы, где регулирование осуществляется путем непосредственного воздействия на дроссельную заслонку (например, двигатели объемом 4,1-4,5-4,9 л для автомобилей CADILLAC, системы Mono-Jetronic и Mono-Motronic фирмы BOSCH, системы EFP для автомобилей MERCEDES-BENZ и другие). Управление исполнительными элементами в системах холостого хода осуществляется электронным блоком системы впрыска (в более ранних моделях - отдельным блоком) по специальным алгоритмам на основании сигналов группы датчиков. Основным входным параметром является частота вращения коленчатого вала. Для стабилизации частоты вращения на холостом ходу в блок управления также поступает информация о положении дроссельной заслонки. Для этой цепи может использоваться специальная пара контактов, замыкающаяся при посадке рычага дроссельной заслонки на упор-ограничитель, либо потенциометр.

Система регулирования обеспечивает автоматическое увеличение оборотов двигателя после холодного пуска, их уменьшение по мере прогрева двигателя, компенсацию изменения частоты вращения при включении различных нагрузок (кондиционер, гидроусилитель руля, потребители электрической энергии, переход с положений Р или N в автоматической коробке передач и т.п) и некоторые другие функции. В качестве исполнительных элементов в системах регулирования сечения байпасного канала используются специальные регуляторы поворотного типа, клапаны-соленоиды осевого перемещения, шаговые электродвигатели, реверсивные двигатели постоянного тока. На рис. 3.84 изображен регулятор на основе моментного двигателя фирмы BOSCH. На клеммы регулятора подается импульсный сигнал с неизменной частотой (обычно от 100 до 200 Гц) и скважностью, изменяемой в зависимости от необходимой степени изменения сечения канала. Изменение скважности управляющего сигнала приводит к изменению величины среднего тока, протекающего по обмоткам регулятора и изменению положения регулирующего сегмента. Другим распространенным типом регулятора являются клапаны-соленоиды с продольным перемещением регулирующего плунжера. Сечение проходного канала таких регуляторов также определяется значением среднего тока, протекающего по обмотке соленоида (сигнал управления имеет более сложную форму по сравнению с рис. 3.86, что объясняется несколько иной схемотехникой выходного каскада блока управления). Компоненты систем топливоподачи Основными компонентами систем топливоподачи являются бензонасосы, форсунки и датчики.

Роликовые насосы способны развивать максимальное давление до 0,6+1,0 МПа, шестеренчатые - до 0,4 МПа. Такие насосы нашли широкое применение в системах распределенного впрыска. Турбинный или центробежный насос подобен насосу охлаждающей жидкости. Максимальное давление, развиваемое турбинными насосами, не превышает 0,3 МПа, однако они отличаются стабильным потоком, практически без пульсаций давления. Поэтому такие насосы часто используются в качестве первой ступени насосов систем распределенного впрыска, а также в качестве насосов в системах центрального впрыска. Бензонасосы обеспечивают максимальное давление в 1,3+2 раза больше рабочего давления в системе. Рабочее давление в системах впрыска обеспечивается перепуском топлива через специальный регулятор давления. Производительность современных бензонасосов существенно превышает потребность двигателей даже на режиме максимальной мощности и в зависимости от объема двигателя составляет 1+2 л/мин.

Соответствующую форму имеет и седло, на которое садится запирающий клапан. Кроме этого, число и форма распыливающих отверстий также может быть различной, что в совокупности с конструкцией запирающего элемента определяет число струи, угол распыливания и степень дробления частичек топлива на выходе форсунки. Другой важнейшей характеристикой форсунки является ее быстродействие. Быстродействие определяется прежде всего жесткостью возвратной пружины, массой запирающего элемента и конструкцией электромагнитной системы. Кроме этого быстродействие форсунки зависит от индуктивности обмотки, т.е. в конечном счёте от числа ее витков. Поэтому все быстродействующие форсунки имеют малое сопротивление обмотки (4 Ом и менее).

Для уравновешивания вращающего момента, создаваемого потоком воздуха, используется спиральная пружина 4. Цикличность работы цилиндров двигателя приводит к пульсациям потока всасываемого воздуха; для их сглаживания служит вспомогательная лопасть 8 флюгера, перемещающаяся в специальной демпфирующей камере 7. Выходная характеристика такого расходомера может быть близкой к логарифмической (т.е. максимальная чувствительность достигается в зоне малых расходов воздуха) или линейной, причем как с восходящей, так и с подающей характеристикой. Фактически флюгерные расходомеры измеряют объемный расход воздуха. Поскольку один и тот же объем воздуха при разной температуре имеет разную массу, для корректировки значения расхода воздуха используется датчик температуры всасываемого воздуха, который устанавливается на входе расходомера.

Для регулирования состава топливной смеси на режиме холостого хода используется винт 9, при вращении которого изменяется количество воздуха, проходящего по обводному каналу 6. В некоторых конструкциях лопастных расходомеров байпасный канал отсутствует, а для регулировки используется специальный потенциометр, установленный в верхней части корпуса. Отсутствие каких-либо регулировочных винтов указывает на то, что данная система управления является адаптивной. Другим распространенным типом датчиков расхода воздуха являются приборы, часто обозначаемые как MAF-метры, т.е. измерители массового расхода воздуха (Mass Air Flow Meter). Наибольшее распространение получили датчики типа HOTWIRE (горячая проволока) и НОТ FILM (горячая пленка). Принцип действия этих датчиков основан на изменении сопротивления измерительного элемента (платиновая проволока или пленочный резистор) при охлаждении его потоком воздуха, проходящего через сечение расходомера. Для увеличения чувствительности расходомера температура его измерительного элемента поддерживается на 70+150°С выше температуры проходящего воздуха (отсюда и названия приборов).

Изменение сопротивления преобразуется встроенным в корпус расходомера электронным блоком в выходной сигнал (в большинстве случаев - в выходное напряжение, реже - в сигнал импульсной формы с изменяемой частотой следования импульсов). В более поздних конструкциях наблюдается тенденция размещения измерительного элемента (проволока или пленка) в специальном байпасном канале. Как уже указывалось выше, такие расходомеры позволяют измерять непосредственно массовое количество поступающего в цилиндры воздуха. Кроме этого, они обладают целым рядом других преимуществ: отсутствие подвижных частей, малая инерционность измерения, незначительное сопротивление проходящему воздушному потоку. Однако термоанемометры требуют высокой степени фильтрации поступающего воздуха. Пыль и мелкие частицы, поступающие через неисправный воздушный фильтр, вызывают нарушение характеристик, повреждение и выход из строя датчиков расхода этого типа.

Чаще всего датчик-потенциометр закрепляется непосредственно на оси дроссельной заслонки, реже встречается вариант привода через промежуточные звенья. Наиболее сложную конструкцию имеют потенциометры, используемые в системах центрального впрыска Mono- Jetronic и Mono-Motronic фирмы BOSCH. В этих системах расчет расхода воздуха осуществляется исключительно на основании сигналов об угловом положении дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала. Поэтому к таким потенциометрам предъявляются жесткие требования по точности, стабильности и надежности. Данная осциллограмма получена при открывании и последовательном закрывании дроссельной заслонки. Потенциометр содержит две резистивные дорожки. Одна дорожка используется при малых (до 20°) углах открытия, что повышает точность измерения углового положения заслонки на наиболее важных и часто употребляемых режимах движения. Вторая дорожка используется в оставшемся (20+90°) интервале углов открытия. Существуют также комбинированные датчики дроссельной заслонки, сочетающие потенциометр и концевой выключатель.

Наибольшее применение такие датчики находят на автомобилях японских производителей. Кроме описанных выше датчиков в системах управления впрыском обязательно используются датчики частоты вращения/ положения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха. Комплексные системы управления бензиновыми двигателями. Логичным продолжением развития микропроцессорных систем управления впрыском топлива и зажиганием стало появление систем, где обе эти функции осуществляются единым блоком управления. Это было вызвано, в первую очередь, стремлением производителей уменьшить стоимость систем управления в массовом производстве. С точки зрения сбора и обработки входной информации и в системах управления впрыском, и в системах управления зажиганием используется практически идентичная совокупность датчиков: частоты вращения/положения коленчатого и распределительного валов, расхода воздуха или абсолютного давления за дроссельной заслонкой, температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха, положения дроссельной заслонки. В комплексных системах используется единая сеть датчиков, а обработка входной информации, расчет необходимых для управления величин (время открытия форсунок, угол опережения зажигания и другие) и формирование управляющих сигналов осуществляются единым блоком управления. Комплексные системы первого поколения (1983+1985 гг.) выполняли, как минимум, три функции: управление топливодозированием, зажиганием и системой холостого хода.

Современные конструкции дополнительно обеспечивают функции управления системами рециркуляции отработавших газов, продувки угольного адсорбера, поддержания заданной температуры охлаждающей жидкости, а нередко и автоматической коробки передач. В настоящее время подавляющее большинство производителей использует для управления комплексные системы. Пожалуй, самой консервативной в этом смысле является компания MERCEDES-BENZ, большинство моделей которой (особенно, высшего класса) оснащаются или оснащались раздельными системами впрыска (К-, KE-Jetronic, LH-Jetronic) и зажигания (различные версии систем EZ и EZK). Аналогичные решения применяются на автомобилях PORSCHE и VOLVO. Тем не менее, даже эти фирмы в последние годы выпускают все больше моделей с комплексными системами. В заключение рассмотрим основные принципы построения блоков управления современных систем управления двигателем. В качестве примера используем широко распространенный блок EEC-IV, применяемый на автомобилях FORD как американского, так и европейского производства. Основу блока составляет центральный процессор или микрокомпьютер. "Сердцем" микрокомпьютера является специализированный 16 разрядный микропроцессор 8061 фирмы INTEL, разработанный совместно с фирмой FORD.

Программа работы микропроцессора для всех возможных режимов и условий работы двигателя записана в ячейки микросхемы памяти типа ROM (Read Only Memory или ПЗУ, т.е. память, предназначенная только для считывания информации). Кроме этого, в ПЗУ хранятся всевозможные матрицы, таблицы, значения поправочных коэффициентов и другие данные, необходимые процессору для расчетов длительности управляющих импульсов форсунок, угла опережения зажигания и т.а ПЗУ является энергонезависимой, т.е. вся занесенная в нее информация сохраняется при отключении питания сколь угодно долго.

Для хранения результатов промежуточных вычислений, величин сигналов, поступающих с датчиков, и некоторых других данных используется микросхема ОЗУ или память произвольного доступа - RAM (Random Access Memory). При выключении зажигания вся информация, хранящаяся на данный момент в ОЗУ, теряется. И наконец, для хранения диагностической информации (коды возникавших отказов), а также адаптивных уровней используется ОЗУ, имеющая постоянное(неотключаемое) питание от аккумуляторной батареи. В сервисной документации фирмы FORD этот тип памяти носит название КАМ (Keep Alive Memory). Информация, хранящаяся в микросхеме КАМ, сохраняется при выключенном зажигании, но теряется при отключении аккумуляторной батареи. Некоторые производители используют энергонезависимые ОЗУ. Входные сигналы, поступающие от различных датчиков, обрабатываются специальными формирователями либо преобразуются в цифровую форму входными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), и только после этого используются центральным процессором для расчёта длительности импульсов впрыска, угла опережения зажигания и других параметров. После формирования управляющих сигналов с необходимыми параметрами (частота, скважность, длительность и т.п.). Они поступают на выходные ключи (драйверы), осуществляющие усиление по току и непосредственное управление различными исполнительными элементами (форсунки, репе, соленоиды, катушка (катушки) зажигания и т.д.). Как и в блоках управления других фирм, выходные ключи выполнены на базе мощных транзисторов структуры n-p-n, в большинстве случаев это составные транзисторы Дарлингтона. Подавляющее большинство выходных (регулирующих) компонентов (форсунки, реле, соленоиды и т.п.) включается в коллекторные цепи выходных ключей; активация того или иного компонента осуществляется переводом выходного ключа в открытое состояние (такой способ управления иногда называется "коммутацией на "массу").

Для питания микропроцессора, ОЗУ, входных формирователей и АЦП используется внутренний стабилизатор с выходным напряжением +5 В. Это же напряжение используется для питания различных активных датчиков (абсолютного давления, расхода воздуха или давления за дроссельной заслонкой, положения дроссельной заслонки и т.п.) и подачи напряжения смещения на пассивные датчики (температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха). В некоторых случаях блок управления может иметь два стабилизатора — +5 В и +9 (+8) В. Вводимые с 1996 года в США требования по стандарту OBD-II (On-Board Diagnostic - II) существенным образом затрагивает идеологию построения и программу работы вновь разрабатываемых блоков управления. Речь идет прежде всего о резком возрастании объема и качества функций самодиагностики системы управления.

В связи с этим следует ожидать появления нового поколения блоков управления, выполненных на базе 32-разрядных микропроцессоров.3.4. Функции самодиагностики блоков управления. Одной из важных функций, осуществляемых блоками управления, является непрерывная самодиагностика как входных и выходных цепей и компонентов, так и некоторых функций внутреннего состояния системы. В современных блоках осуществление функций самодиагностики занимает до 50% ресурсов микрокомпьютера. В случае нахождения неисправности в какой-либо цепи (например, отсутствие или несоответствие заданному уровню сигнала какого-либо датчика) микрокомпьютер записывает соответствующий данной неисправности цифровой код в специальную область памяти. Для того, чтобы получить информацию о характере неисправности, необходимо осуществить "считывание'1 кода из памяти компьютера.

В более ранних системах это можно сделать переводом компьютера в режим выдачи диагностических кодов посредством вспышек индикатора той или иной конструкции. Активация диагностического режима обычно осуществляется замыканием определенных ножек на диагностическом разъёме. В качестве светового индикатора производители (GM, FORD, CHRYSLER, OPEL, VOLKSWAGEN, AUDI и другие) используют лампочки "Check Engine" на панели приборов (возможны также и другие обозначения таких ламп, в том числе и символьные), встроенные в блок управления светодиоды (HONDA, NISSAN), а также внешние индикаторы, подключаемые к диагностическому разъёму (VOLKSWAGEN, AUDI) или уже встроенные в диагностический разъем (VOLVO). В новейших системах выдача световых кодов практически не применяется, и для доступа к памяти необходимо наличие специальных приборов, получивших устоявшееся название "сканеры". Кроме выдачи кодов, почти все современные блоки управления обеспечивают вывод на диагностический разъем потока цифровых параметров в реальном масштабе времени.

Список этих параметров включает параметры работы датчиков, параметры рассчитанных процессором сигналов и параметры внутреннего состояния системы. Блоки управления с развитыми функциями самодиагностирования способны выводить до 40+50 и более различных параметров работы системы управления. Многие блоки управления кроме перечисленных выше функций позволяют работать в двухстороннем интерактивном режиме. В этом случае непосредственно с клавиатуры сканера можно управлять регулирующими компонентами системы (форсунки, реле, соленоиды), проверяя таким образом исправность различных контуров управления, или осуществлять специальные тесты (например, баланс мощности цилиндров посредством последовательного отключения форсунок). Многие производители (MERCEDES-BENZ, BMW, OPEL, GM и другие) выпускают блоки управления с возможностью перепрограммирования (например, отключение контура А-регулирования или переход на бензин с другим октановым числом) в процессе эксплуатации автомобиля. Эта процедура выполняется либо с применением сканеров, либо путём замены ПЗУ в блоке управления.

Материалы: http://inomarka54.ru/avtoshpargalca/ustroystvo-rabota-i-ecspluatatsiya-dvigateley/sistemy-upravleniia-dvigatelem