Система управления дизелем, Electronic Diesel Control, EDC

Система управления дизелем (Electronic Diesel Control, EDC) является разновидностью системы управления двигателем. Она устанавливается на современные дизельные двигатели, в т.ч. двигатели, оборудованные системой впрыска Common Rail или насос-форсунками. Ведущим производителем системы управления дизельным двигателем является фирма Bosch.

Основное предназначение системы управления дизелем заключается в регулировании работы системы впрыска топлива. Вместе с тем, система управления дизелем обеспечивает работу следующих систем двигателя: топливной, впускной, турбонаддува, рециркуляции отработавших газов. выпускной, охлаждения, предпускового подогрева.

Электронная система управления дизельным двигателем включает входные датчики, блок управления двигателем и исполнительные устройства систем дизеля.

Входные датчики фиксируют эксплуатационные параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. Номерклатура входных датчиков различается в зависимости от конструкции системы впрыска. Например, в работе система управления дизельным двигателем с системой впрыска Common Rail используются сигналы следующих входных датчиков:частоты вращения коленчатого вала, Холла, положения педали акселератора, расходомер воздуха, давления топлива, температуры охлаждающей жидкости, температуры топлива, температуры воздуха на впуске, давления наддува, кислородный датчик.

На двигателе, оборудованном системой впрыска с распределительным ТНВД, можно увидеть и другие датчики: давления воздуха на впуске, момента начала впрыска (датчик хода иглы распылителя), температуры масла, скорости движения.

Электронный блок управления воспринимает сигналы входных датчиков, обрабатывает их в соответствии с заложенной программой и вырабатывает управляющие воздействия на исполнительные устройства. В своей работе блок управления взаимодействует с блоками управления автоматической коробки передач и антиблокировочной системы тормозов.

Исполнительными устройствами систем современного дизельного двигателя являются:

• электрический подкачивающий топливный насос;
• дополнительный топливный насос (на некоторых моделях двигателей)

• регулятор давления топлива;
• клапан дозирования топлива в ТНВД;
• форсунки впрыска

• электродвигатель привода впускной заслонки;
• электродвигатель привода заслонок впускных клапанов

• клапан ограничения давления наддува (перепускной клапан)

• клапан рециркуляции отработавших газов;
• переключающий клапан охладителя

• нагревательный элемент кислородного датчика

• электродвигатель дополнительного насоса охлаждающей жидкости (для охлаждения отработавших газов в охладителе) ;
• электродвигатель вентилятора

В результате работы системы управления дизелем реализуются следующие основные функции:

1. регулирование количества впрыскиваемого в цилиндр топлива;
2. обеспечение опережения подачи топлива;
3. регулирование давления впрыска (только в системе Common Rail);
4. регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу;
5. подавление колебаний в трансмиссии при изменении крутящего момента (переключение передач в АКПП);
6. ограничение максимальной частоты вращения;
7. регулирование давления наддува;
8. регулирование рециркуляции отработавших газов;
9. охлаждение перепускаемых отработавших газов;
10. обеспечение регенерации сажевого фильтра;
11. облегчение запуска двигателя при низких температурах.

Материалы: http://systemsauto.ru/electric/diesel_control.html

Применяемые ЭСАУ дизельными двигателями позволяют:

сни­зить токсичность отработавших газов,

уменьшить дымность, шум,

стабилизировать работу двигателя на холостом ходу.

ЭСАУ выпол­няют функции:

управления количеством впрыскиваемого топлива,

моментом начала впрыска,

частотой вращения коленчатого вала на ХХ,

работой свечей накаливания.

По схемотехническому решению системы делятся на ти­пы:

аналоговые системы, состоящие в основном из операционных усилителей; цифровые регуляторы, построенные на элементах средней степени интеграции;

Аналоговым системам присущи недостатки:

зависимость качества регулирования от точно­сти изготовления применяемых элементов (резисторов, конденса­торов и др.);

зависимость электрических параметров элементов от внешних факторов; невозможность выполнения системой функций,

не предусмотренных при проектировании, т.е. узкая специализированность системы.

Цифровые регуляторы позволяют в основном избавиться от этих недостатков, поскольку их точность определяется только выбранной разрядностью и не зависит от влияния внешней среды и вре­мени эксплуатации. Однако это весьма сложные в конструктивном отношении системы, состоящие из значительного числа микросхем и их надежность при использовании на автомобиле невысока. Та­кие системы также не могут перенастраиваться на другой режим эксплуатации либо на другой тип дизеля.

Аналоговые и цифровые системы находят применение на двигателях, работающих в ста­ционарных условиях, например на дизель-генераторных установ­ках, судах и тепловозах.

Микропроцессорная СУ, рис.6.13 вклю­чает в себя микропроцессор (МП), осуществляющий все арифмети­ческие операции и общее управление устройствами, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) для хранения промежуточных ре­зультатов вычислений, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) для хранения программ управления всей системы в целом. Для сбора информации о работе двигателя в системе предусмот­рены три типа датчиков: режимных параметров, коррекции и защи­ты. К первому типу относятся датчики частоты вращения коленча­того вала п, положения рейки ТНВД гренки и положения педали управления подачей топлива педали по сигналам этих датчиков вы­числяется предварительное значение управляющего воздействия на исполнительный механизм. Для более точного регулирования необходимо корректировать управляющее воздействие в зависи­мости от того, в каких условиях работает двигатель. Коррекция производится по сигналам от датчиков температуры топлива Т топлива. температуры всасываемого воздуха Т воздуха и атмосферного давления Р атм. Информация от этих датчиков позволяет корректировать необ­ходимую дозу впрыскиваемого топлива.

В процессе выполнения программы коммутатор опрашивает по­следовательно все аналоговые датчики. Для подключения датчика частоты вращения коленчатого вала предусмотрен цифровой тай­мер. Непосредственное управление перемещением рейки топлив­ного насоса обеспечивается исполнительным механизмом. Кон­троллер прерываний осуществляет синхронизацию работы про­граммы управления в соответствии с сигналами, снимаемыми с датчиков.

Важной задачей топливоподачи дизельного двигателя яв­ляется качественное обеспечение переходных процессов, так как это непосредственно связано с технико-экономическими показате­лями работы двигателя. Поэтому в системе производится управле­ние по ПИД закону с целью устранения статических ошибок регулирования и получе­ния наилучших динамических характеристик регулятора. Интеграль­ная составляющая закона управления формируется в виде суммы всех управляющих воздействий, предшествующих рассчитываемому в данный момент. Дифференциальная составляющая формируется в виде приращений регулируемого параметра за единицу времени, поэтому в системе необходимо иметь устройство измерения време­ни. Эту функцию выполняет таймер, выдающий сигналы отметок времени, которые, поступая на контроллер прерываний, приостанав­ливают работу основной программы управления для замера прира­щения регулируемого параметра через равные промежутки времени.

Аварийные датчики также подключаются к контроллеру преры­ваний. ,В случае превышения каким-либо параметром предельно допустимого значения выполнение основной программы приоста­навливается и запускается программа автоматической защиты дви­гателя. Так, например, при достижении температуры охлаждающей жидкости 105°С обеспечивается плавное снижение частоты враще­ния коленчатого вала до холостого хода с включением аварийной световой и звуковой сигнализации. При недопустимом падении давления масла в системе смазки включается аварийная сигнали­зация и двигатель останавливается.

Регулирование в зоне частичных характеристик сводится к вы­числению расчетного положения рейки топливного насоса, сравне­нию этого расчетного значения с реальным положением рейки и приведению рейки в нужную точку по оптимальному закону в соот­ветствии с рассогласованием.

Структурная схема системы показана на рис. 6.14. Она состоит из программного задатчика положений рейки ПЗ, вычисляемых по значениям частоты вращения коленчатого вала двигателя п, поло­жению педали управления подачей топлива ψ_педали и информации от датчиков коррекции ДК; регулятора Р. вычисляющего рассогла­сование между расчетным значением положения рейки h_расч и дей­ствительным h_д; исполнительного механизма ИМ, включенного в контур регулятора и формирующего интегральную составляющую топливного насоса высокого давления ТНВД и двигателя Д.

Микропроцессорная система управления дизелем изменяет угол опережения впрыска топлива по оптимальному закону в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала (рис. 6.15).

Реализация подобного за­кона с помощью центробежной муфты опережения впрыска топлива не представляется возможной.

Среди существующих ЭСАУ автомобильных дизелей можно выделить системы двух типов: с рядным насосом вы­сокого давления и с рампой-аккумулятором.

Система впрыска Bosch с рядным топливным насосом высокого давления (ТНВД), применяемая как на грузовых, так и на легковых автомобилях показана на рис 6.16. Она состоит из: 1 - топливный бак; 2 — топливоподкачивающий насос; 3 - топливный фильтр; 4 - рядный топливный насос высокого давления; 5 - электромагнитный клапан отключения топливоподачи; 6 - датчик тем­пературы топлива; 7 - датчик положения рейки; 8 - управляющий элек­тромагнит; 9 - датчик частоты вращения; 10 - форсунка; 11 - датчик тем­пературы охлаждающей жидкости; 12 - датчик положения педали управ­ления топливоподачей; 13 - датчики включения рабочего тормоза, вспо­могательного тормоза, сцепления; 14 - пульт управления;15 - аварийная лампа и диагностический разъём; 16 - датчик скорости автомобиля; 17 - электронный блок управления; 18 - датчик температуры воздуха; 19 - регулятор давления наддува; 20 - турбокомпрессор; 21 - аккумуля­торная батарея; 22 - выключатель стартера и приборов. Основ­ным управляющим механиз­мом системы является встроенный в ТНВД электромагнит 4 (рис. 6.17, где: 1 - рейка; 2- возвратная пружина; 3-датчик положения рейки; 4 - управляющий электромагнит; 5- датчик частоты вращения; 6- зубчатое колесо датчика частоты вращения; 7- кулачковый вал ТНВД). Количество подаваемого топлива определяется положением рейки ТНВД 1, которая жестко связана с якорем электромагнита. Из­меняя силу тока в цепи электромагнита, БУ задает перемещение рейки и соответственно количество впрыскиваемого топлива. Усилие электромагнита уравновешивается действием возвратной пружины 2. В ТНВД также встроены индукционный датчик частоты вращения 5 и датчик положения рейки 3. БУ обрабатывает сигналы от пьезорезистивного датчика давления воздуха 19, датчика положения педали управления топливоподачей 27, датчиков температуры топлива 6, охлаждающей жидкости 11, воздуха 18. В некоторых модификациях используются сигналы с выхода фазы генератора и датчика скорости автомобиля. БУ также получает информацию о включении рабочего или вспомогательного тормозов, сцепления.

В системе предусмотрен пульт управления скоростью движения автомобиля 14 (круиз-контроль) и изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода.

Для отключения топливоподачи при остановке двигателя ис­пользуется электромагнитный клапан 5 в топливоподкачивающей магистрали.

Основными параметрами, используемыми БУ при вычислении положения рейки ТНВД являются нагрузка и частота вращения ко­ленчатого вала двигателя. В ПЗУ БУ записаны карты управления для режима пуска, холостого хода, полной нагрузки и др. БУ выпол­нен универсальным и может применяться для широкой номенкла­туры двигателей и автомобилей.

В системе используется принцип самодиагностики и усеченного режима работы. Так при выходе из строя датчика частоты враще­ния в ТНВД его заменяет сигнал с фазы генератора.

Примером ЭСАУ топливоподачей дизельного двигателя с рам­пой-аккумулятором может служить система Common Rail фирмы Bosch (рис 6.18).

Система содержит: 1- топливный насос высокого давления; 2 -перепускной клапан; 3 - элек­тромагнитный клапан - регулятор давления; 4 - топливный фильтр; 5 -топливный бак с топливоподкачивающим насосом и предварительным фильтром; 6- электронный блок управления; 7- реле включения свечей накаливания; 8 -аккумуляторная батарея; 9 - топливная рампа-аккумулятор; 10 - датчик давления топлива в рампе; 11 - топливный жик­лер; 12- предохранительный клапан; 13 - датчик температуры топлива; 14 - электромагнитная форсунка; 15 - свеча накаливания; 16 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 17- датчик положения коленчатого вала; 18 -фазовый дискриминатор; 19 - датчик температуры воздуха на впуске; 20 - датчик давления наддува; 21 - пленочный датчик массового расхода воздуха; 22 - турбокомпрессор; 23 - пневматический клапан управления рециркуляцией; 24 - пневматический клапан управления над­дувом; 25- вакуумный насос; 26 - приборная панель; 27- датчик поло­жения педали управления топливоподачей; 28 - датчик нажатия педали тормоза; 29 - датчик выключения сцепления; 30 - датчик скорости авто­мобиля; 31 - пульт управления круиз-контроля; 32 - компрессор конди­ционера; 33 - переключатель кондиционера; 34 - аварийная лампа и диагностический разъем

Топливо из бака 5 топливоподкачивающим насосом подается через фильтр 4 в ТНВД 1. Из насоса топливо поступает в рампу-аккумулятор 9 и распределяется по форсункам 14. Давление топлива в рампе-аккумуляторе поддерживается на постоянном уровне 135 МПа, что обеспечивается датчиком 10 и электромагнитным клапаном 3.

Для защиты двигателя используется ограничительный клапан 12 открывающийся при давлении свыше 150 МПа. Количество впры­скиваемого топлива определяется длительностью открытия элек­тромагнитной форсунки. Для снижения потерь энергии на сжатие топлива в режиме холостого хода и частичных нагрузок производи­тельность ТНВД может уменьшаться путем открытия перепускного клапана 2.

По своей структуре ЭСАУ Common Rail во многом аналогична рассмотренным ранее системам впрыска бензиновых двигателей.

Датчик положения коленчатого вала 17 индукционного типа используется для определения частоты вращения и положения ко­ленчатого вала. Информации от этого датчика недостаточно чтобы различить конец такта сжатия, поэтому используется датчик поло­жения распределительного вала 18 - фазовый дискриминатор. В основу работы датчика положен эффект Холла.

ЭСАУ получает информацию о температуре охлаждающей жид­кости и воздуха на впуске. В некоторых модификациях системы ис­пользуются датчики температуры масла и топлива.

Для обеспечения точного определения состава рабочей смеси и снижения вредных выбросов, особенно на переходных режимах, используется пленочный датчик массового расхода воздуха уста­навливаемый до турбокомпрессора.

Положение педали управления режимом работы двигателя оп­ределяется потенциометрическим датчиком, при этом какая-либо механическая связь педали с системой топливоподачи отсутствует.

Для определения давления наддува используется датчик абсо­лютного давления с пьезорезистивными чувствительными элемен­тами.

В процессе управления двигателем можно выделить следующие функции и режимы: режим пуск двигателя, рабочий режим, режим холостого хода, функция обеспечения равномерности работы дви­гателя и снижения колебаний при переходных процессах, режим автоматического поддержания заданной скорости автомобиля, ог­раничение топливоподачи, остановка двигателя.

При пуске двигателя количество впрыскиваемого топлива явля­ется постоянной величиной. В рабочем режиме для определения количества топлива используется сигнал датчика положения педа­ли управления топливоподачей и датчика положения коленчатого вала двигателя. БУ обрабатывает информацию от датчиков и ис­пользуя характеристические карты вычисляет значение угла опе­режения впрыска (момент подачи топлива) и длительность откры­тия форсунки.

Для снижения расхода топлива частота вращения коленчатого вала в режиме холостого хода поддерживается на минимальном устойчивом уровне, при этом учитывается температура двигателя и сигналы о включении кондиционера и других устройств, создающих

Функция обеспечения равномерности работы двигателя сводит­ся к учету различий в величине крутящего момента создаваемого отдельными цилиндрами двигателя, для чего количество впрыски­ваемого топлива корректируется БУ для каждого цилиндра.

Для предотвращения колебаний частоты вращения двигателя при резком изменении положения педали управления топливоподачей, количество впрыскиваемого топлива изменяется в противофазе с возникшим колебательным процессом.

Режим автоматического поддержания заданной скорости авто­мобиля - круиз-контроль включается по желанию водителя. Для реализации этой функции к БУ подключается датчик скорости ав­томобиля. Режим прерывается при воздействии на педаль тормоза или управления топливоподачей.

Ограничение топливоподачи осуществляется с целью снижения вредных выбросов, в том числе сажи, предотвращения механиче­ских или температурных перегрузок двигателя.

В системе топливоподачи Common Rail остановка двигателя обеспечивается простым прекращением подачи топлива форсун­ками.

Кроме форсунок, реле топливоподкачивающего насоса, регуля­тора давления и перепускного клапана БУ воздействует на пневма­тические клапаны управления рециркуляцией отработавших газов 23 и давлением наддува 24. ЭСАУ двигателем также контролирует свечи накаливания 15 относящиеся к системам облегчения пуска холодного двигателя.

Посредством последовательной шины данных CAN БУ системы Common Rail взаимодействует с другими электронными системами автомобиля.

Так информация о необходимости изменения крутящего момен­та двигателя может поступать от антиблокировочной и противобуксовочной систем. Значительное потребление энергии кондицио­нером делает необходимым его отключение на некоторых режимах работы двигателя. Взаимодействуя с противоугонной системой БУ Common Rail обеспечивает блокировку несанкционированного пус­ка двигателя.

В системе Common Rail реализованы принципы самодиагности­ки и усеченного режима работы, описанные ранее для ЭСАУ топли­воподачей бензиновых двигателей.

Для продолжения скачивания необходимо собрать картинку:

Материалы: http://studfiles.net/preview/6234706/page:4/

Управление работой дизеля заключается в воздействии на регулятор частоты вращения топливного насоса. Система управления дизелем тепловоза ТУ7 электропневматическая. Органом управления является контроллер машиниста, расположенный на пульте управления. В систему управления (рис. 41) входят восьмипозици-онный прибор 16, блок-магниты//и 18, три электропневматических вентиля ВРД1-ВРДЗ (на рис. 41 не показаны), подающих воздух, к поршням восьмипозиционного прибора, и рычажная система привода рычага 26 регулятора. Механизм управления регулятором дизеля смонтирован на кронштейне, который крепится на кожухе маховика дизеля.

Восьмипозиционный прибор (рис. 42) является пневматическим приводом рычажной системы управления регулятором дизеля. При

Рис. 41. Схема механизма управления регулятором.

I - топливный насос; 2 - упор рейкн топливного насоса, 3 -> рейка топливного насоса, 4 - іяга рейки товлинвого насоса; 5-двойная пружи^ регулятора, 6у- рычаг, 7 _ гег,улятор, 8 - тяг»; ^ - регулировочная муфта, 10 - двуплечнф ] ^*гчаг, Л - блок-магнит 1БМ, 12 - тяга; 13 - двуплечий изогнутый рычаг, 14 - штуцеры подвода воздуха; 15 - толкатель; 15 - восьмипозиционный прибор. 17 - траверсні 18 - блок-чагнит^їБМ, /<(-п рычаг регулятора; 20 <- муфта; 21 - грузы, 22 - тарелка, 23 - крестовина оегулятора 24 - упор максимальной частоты вращения 25 - упор минимальной частоты вращения, 26 - рычаг

включении электропневматических вентилей ВРД1-ВРДЗ сжатый воздух попадает в цилиндр прибора и перемещает поршни 4, 5, б и связанный с ними клин 9, сжимая возвратную пружину 1. Толкатель 10, перемещаясь под действием клина 9 вверх, через регулировочный болт 13 поворачивает рычаг 12, сжимая пружину 11.

Рычаг 13 (см. рис. 41) через тягу 12, двуплечий рычаг 10 и тягу 8 поворачивает рычаг 26 регулятора. Рычаг 26 воздействует через двойную пружину 5 регулятора на рычаг 19 регулятора, а тот в свою очередь через рычаг 6 воздействует на рейку топливного насоса 3.

Нулевое положение контроллера машиниста соответствует минимальной частоте вращения коленчатого вала дизеля в режиме холостого хода. Для пуска дизеля и поддержания минимальной частоты вращения вала система имеет электромагнитный привод, состоящий из двух блок-магнитов 11 (IBM) и 18 (2БМ) (ом. рис. 41), соединенных траверсой 17, воздействующей через рычаг 10 и тягу 8 на рычаг 26 регулятора.

При пуске дизеля получают питание оба соленоида, обеспечивая через эти же рычаги и тягу необходимое перемещение рейки топливного насоса. После пуска дизеля пусковой блок-магнит 18 выключается, а блок-магнит холостого хода 11 остается включенным, удерживая систему управления в положении минимальной частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого "хода.

Для увеличения частоты вращения коленчатого вала дизеля штурвал контроллера машиниста поворачивается по часовой стрелке на последующие позиции, замыкая в различных сочетаниях цепь питания катушек электропневматических вентилей ВРД1-ВРДЗ (см. главу VII), которые подают воздух в определенной последовательности, приведенной в таблице на рис. 42, к штуцерам 1, 11 или 111 (см. рис. 42) или 14 (см. рис. 41) восьми-позиционного прибора. Частота вращения вала дизеля на каждой позиции контроллера в поездном режиме и при торможении гидротормозом должна иметь значения, приведенные в табл. 4.

Для остановки дизеля штурвал контроллера машиниста устанавливается в нулевую позицию, а затем кнопкой «Управление» снимается питание с блок-магнита холостого хода 11, в результате чего система управления регулятором под действием пружины 5 становится в положение, при котором подача топлива прекращается. Для плавной и устойчивой работы восьмипозиционный прибор заполнен веретенным маслом АУ, которое в процессе работы пе-

ретекает через дроссельное отверстие а, регулируемое винтом 5, из полости А в полость Б (см. рис. 42). При обратном ходе масло перетекает, наоборот, из полости Б в полость А через клапан 7. В прибор масло необходимо заливать через отверстие, закрытое пробкой 3, до появления его в отверстии б, закрытом пробкой 2; при этом регулировочный винт 5 должен быть вывернут на 6 мм. Положение регулировочного винта 5 устанавливается на тепловозе после заправки прибора маслом так, чтобы полный подъем толкателя 10 осуществлялся за 2-3-е при одновременном подводе воздуха под все три поршня, т. е. восьмой позиции контроллера. Полный ход толкателя 10 должен быть равен 11 мм.

Установка минимальной частоты вращения коленчатого вала дизеля на холостом ходу достигается регулировкой муфты 9 тяги регулятора (см. рис. 41), а максимальной частоты - регулировкой тяги 12 и перемещением ее в пазе рычага 13. Кроме того, максимальная и минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя достигается регулировкой упоров 24 и 25 на корпусе топливного насоса.

Система управления дизелем тепловоза ТУ6А очень проста. Частота вращения коленчатого вала в пределах 500-1950 об/мин изменяется из кабины машиниста педалью или рукояткой подачи топлива, воздействующими через систему тяг на рычаг управления регулятором. Останавливается дизель путем прекращения подачи топлива рукояткой, установленной на пульте управления. После остановки следует поставить рукоятку в исходное положение, одновременно нажав до отказа на педаль подачи топлива.

При аварийной остановке дизеля нужно вытянуть рукоятку аварийной остановки дизеля. Пользоваться устройством для аварийной' остановки нужно в исключительных случаях, так как это связано с большими нагрузками на детали дизеля.

Материалы: http://www.dieselloc.ru/ty6/ty6_ty7_22.html