4.4. Алгоритми диспетчера режимів

Вимоги до двигуна міняються залежно від режиму роботи двигуна і відповідно повинні змінюватися і програми керування.

Роботу МПСК не можна забезпечити, якщо не визначити режим, на якому в даний момент часу працює двигун. На підставі цього відбувається вибір алгоритму, по якому в даний момент повинне здійснюватися керування.

Визначення режиму роботи двигуна проводиться за допомогою програми-диспетчера режимів на підставі інформації, що поступає в мікроконтролер, в першу чергу від давачів. Принцип роботи цієї програми, що розпізнає режим роботи двигуна, в спрощеному вигляді показаний на рис. 4.5 стосовно бензинового двигуна.

Рис. 4.5. Алгоритм ідентификації режиму роботи бензинового двигуна

t_ОХ - температура рідини в системі охолоджування; n_дв - частота обертання двигуна. t₁ – значення температури рідини в системі охолоджування, що розмежовує умови холодного і гарячого пуску; n₁ - гранична частота обертання вільного ходу

Після включення запалення перехід на програму керування пуском здійснюється або у випадку, якщо включається стартер, або у разі рушання автомобіля з місця при русі "під ухил", якщо колінчастий вал двигуна починає обертатися. Після включення стартера подальший вибір програми гарячого або холодного пуску залежить від показів давача температури рідини в системі охолоджування. При t_ох < t₁, (як це показано на рисунку) включається алгоритм холодного пуску і, навпаки, при t_ох > t₁, включається алгоритм гарячого пуску.

Перехід від пуску двигуна до робочих режимів відбувається у випадку якщо частота обертання двигуна перевищує задану n_дв > n_о (на схемі не показано). Відразу після виходу з режиму пуску здійснюється перевірка того, чи працює двигун в режимі вільного ходу або примусового вільного ходу. У обох випадках дросельна заслінка повністю закрита і, якщо n_дв > n₁, (як це показано на рисунку), то включається алгоритм примусового вільного ходу і, навпаки, якщо n_дв< n₁ включається алгоритм режиму вільного ходу.

Проміжне положення дросельної заслінки між її повними відкриттям і закриттям характеризує роботу двигуна на режимах часткових навантажень, а повне відкриття дросельної заслінки свідчить про перехід в режим максимальних навантажень.

Програма-диспетчер режимів може бути загальною для всіх керуючих дій або вбудовуватися безпосередньо в контури керування окремими керуючими діями. Вона також може бути доповнена спеціальними критеріями для ідентифікації певних режимів, наприклад, виявлення моменту переходу двигуна на несталі режими роботи тощо. Крім того, в програму-диспетчер можуть бути включені задачі визначення області режимів, де повинна працювати система рециркуляції відпрацьованих газів, області режимів, в якій здійснюється замкнуте регулювання подачі палива по сигналах давача вмісту кисню у відпрацьованих газах тощо. Проте ці задачі можуть бути вирішені і введенням необхідних вимог безпосередньо в програми керування певними діями.

Лекція 7. Мпск частотою обертання двигуна

4.5.1. Способи визначення відхилення частоти обертання

Найдосконаліші МПСК частотою обертання дизелів. Оскільки МПСК частотою обертання виконує виняткову роль в їх комплексній МПСК, її схемні і конструктивні особливості в значній мірі відображаються на роботі всіх контурів системи керування. Важливий спосіб і точність визначення величини відхилення дійсної частоти обертання двигуна від заданої її величини. Відхилення повинно бути обчислене до моменту формування тривалості і затримки керуючого імпульсу для чергового циліндра. Миттєве значення відхилення залежить від крутного моменту, створеного згоранням палива в попередньому циліндрі, і моментом опору. Чим ближче момент обчислення відхилення до моменту формування керуючого імпульсу, тим менше запізнювання дії регулятора частоти на подачу палива в циліндр.

Точність визначення відхилення порівнянням частот залежить від точності вимірювання дійсної частоти обертання. Для двигунів найчастіше застосовують давачі частоти обертання із зубчатими дисками. Частота їх вихідних сигналів кратна частоті обертання колінчастого валу відповідно числу зубців. Це число звичне від 30 до 200. При обертанні валу кожен зубець створює в давачу один імпульс. Сигнал, що характеризує частоту обертання, формується шляхом визначення кількості імпульсів, що поступають з давача протягом заданого інтервалу часу, або їх періоду.

Неідентичності зубців і інтервалів між ними, нерівномірність обертання валу через імпульсний характер крутного моменту, крутильних коливань, перекладання зазорів і перешкоди, що викликаються вібраціями, впливом інших деталей двигуна, що обертаються, а також похибками установки позначок по куту, радіусу і висоті, створюють змінні складові похибки вимірювання частоти. Для їх виключення необхідна фільтрація або усереднювання. Тому частота обертання визначається явно інерційно. Відповідно запізнюється і обчислення відхилення частоти в регуляторе.

Раціональніше визначення відхилення частоти шляхом порівняння заданого і дійсного періодів повторення робочих циклів двигуна, конкретно – тривалостей періодів повторення імпульсів задавача Т_зч і давача Т_дч. Можуть порівнюватися і тривалості будь-яких визначених ділянок цих періодів. Спосіб визначення відхилення залишається тим же. Відлік періодів починається одночасно по сигналу про проходження давача положення колінчастого валу позначкою на валу, наприклад, зубцем. Т_зч одержують відліком з моменту приходу сигналу давача заданої кількості імпульсів, сформованих кварцовим генератором. У момент закінчення одного з періодів визначається знак відхилення і починається відлік його величини. Завершується відлік по приходу сигналу про проходження давача наступною позначкою або через деякий постійний інтервал часу. Обмеження цього інтервалу обумовлене тим, що період повторення сигналів давача, менший заданого, вимагає для гальмування двигуна зменшення подачі палива, яке здійсниме тільки в межах до повного виключення подачі.

Відхилення частоти представляється інтервалом часу між закінченнями порівнюваних періодів. Він відображає відхилення частоти, що накопичилося за дійсний період повторення циклів (вибрану його ділянку).

Позначки положення валу повинні бути розставлені так, щоб виділення інтервалу часу між порівнюваними періодами завершувалося безпосередньо до моменту початку формування керуючого імпульсу. Це мінімізує запізнювання визначення відхилення частоти.

Інтервал часу вимірюється обчисленням кількості імпульсів генератора постійної частоти, що приходять на нього. Будь-яка наперед задана точність відліку періодів і, відповідно їх різниці, досягається вибором частоти цього генератора. Перетворення числа імпульсів в код в мікроконтролері здійснимо найточніше і швидко.

Одним з конструктивних параметрів системи визначення відхилення частоти порівнянням періодів є число позначок положення на колінчастому валу. Збільшення їх числа зменшує запізнювання системи вимірювання відхилення частоти обертання, підвищує її чутливість. Але при цьому росте і чутливість до нерівномірності обертання валу. З іншого боку, надмірне зниження числа позначок створює запізнювання вимірювання відхилення частоти, сумірне з тривалістю обчислювальних процедур в мікроконтролері.

Для найшвидкодійніших систем з електрично керованими форсунками це додаткове запізнювання може відобразитися на досяжній якості регулювання частоти обертання. З цієї точки зору можна говорити про деяке оптимальне число позначок давача частоти.

У паливних системах з не імпульсним (безперервним) керуванням уприскуванням, наприклад, з керуванням переміщенням рейки ПНВТ, де еквівалентне запізнювання майже на порядок більше, ніж в імпульсних системах, можна обходитися меншою кількістю позначок за один оборот колінчастого валу. У граничному випадку достатня одна позначка за оборот.

Для забезпечення граничної швидкодії регулятора частоти обертання достатньо виявити зміну відхилення частоти, що утворилося після подачі палива в попередній циліндр. Тому можна почати відлік порівнюваних періодів по сигналу давача колінчастого валу, сформованому при проході його позначкою, використаною для початку формування керуючого імпульсу попереднього циліндра.

Вимірювання дійсного періоду повторення циклів, виконуване аналогічно вимірюванню різниці періодів, дозволяє не встановлювати на двигун, спеціальний давач частоти обертання, використовуючи для цього давач положення колінчастого валу.

При нерівномірному по куту повороту колінчастого валу чергуванні роботи циліндрів можна, наприклад, виробляти в збільшених інтервалах між робочими циклами послідовно працюючих циліндрів затримку моменту початку відліку періодів.

Іншим методом виключення впливу нерівномірності чергування роботи циліндрів може бути розбиття всіх інтервалів між циліндрами на цілі числа однакових інтервалів. Через ці проміжні інтервали встановлюються додаткові позначки. У системі керування здійснюється відлік заданого числа позначок для кожного чергового циліндра.

Заміна давача положення колінчастого валу давачом положення розподільного валу може створити додаткові погрішності визначення відхилення частоти обертання і регулювання випередження уприскування через коливання в приводі розподільного валу.