Лабораторная работа №8 «Электронное управление двигателем» ( 1 час)

Цель работы:

1. Изучить назначение, устройство и основные характеристики электронных систем управления топливоподачей бензиновых двигателей

2. Изучить способы организации впрыска топлива.

Основные этапы работы:

1. Внеаудиторная подготовка к работе в лаборатории.

2. Работа в лаборатории, связанная с определением основных параметров электронных систем управления топливоподачей бензиновых двигателей.

3. Обработка и анализ полученной в лаборатории информации, оформление отчета по проделанной работе

4. Защита лабораторной работы.

.Электронные системы управления топливоподачей бензиновых двигателей

Применение электронных систем автоматического управления (ЭСАУ) топливоподачей бензиновых двигателей обусловлено не­обходимостью снижения токсичности отработавших газов и повы­шения топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания. ЭСАУ позволяют в большей степени оптимизировать процесс сме­сеобразования и делают возможным применение трехкомпонент­ных нейтрализаторов, эффективно работающих при постоянном коэффициенте избытка воздуха а близком к 1.

Кроме того, ЭСАУ двигателем, позволяют повысить приеми­стость автомобиля, надежность холодного пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.

ЭСАУ топливоподачей бензиновых двигателей 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.

Так система Ecotronic фирмы Bosch поддерживает на большинст­ве режимов 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.

Н аибольшее распространение получили системы впрыска во впускной трубопровод. Они разделяются на системы с впрыском в зону впускных клапанов и с центральным впрыском (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Способы организации впрыска топлива:

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 (рис. 8.2). 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 (А-зондом). Наличие ин­формации о содержании кислорода в отработавших газах позволя­ет поддерживать коэффициент избытка воздуха а (в мировой прак­тике принято обозначение X) 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.

Рис. 8.2. Обобщенная регулировочная характеристика бензинового двигателя по составу смеси

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.

П ри 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.

Рис. 8.3. Дозатор топлива системы KE-Jetronic со встроенным электрогид- равлическим управляющим устройством:

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; 3- нижняя камера дифференциального клапана; 9- диафрагма; 10- регулятор давления; 11 - управляющая пластина; 12 -выпускной канал; 13 -электромагнит; 14- воздушный зазор

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 (рис.8.4.) 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 17 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.

Рис. 8.4. Система Mono-Jetronic:

1 - топливный бак; 2- электрический топливный насос; 3- топливный фильтр; 4 - регулятор давления топлива; 5- форсунка; б - 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 (Х-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

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 (NOx);

- 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 дру-гих систем автомобиля. Так совместно с БУ автоматической короб-кой 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. 8.5.). ME-Motronic сочетает в себе систему распределенного фазированного впрыска топлива в зону впускных клапанов и систему зажигания с низковольтным распределением и индивидуальными катушками.

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.

Рис. 8.5. Система ME-Motronic:

1- угольный адсорбер; 2- отключающий клапан; 3- клапан продувки адсорбера; 4- датчик давления во впускном коллекторе; 5-топливная рампа с форсунками; в - свеча зажигания с индивидуальной катушкой; 7- фазовый дискриминатор; 8- насос вторичного воздуха; 9- клапан вторичного воздуха; 10- пленочный датчик массового расхода воздуха;12- модуль дроссельной заслонки; 12- клапан рециркуляции; 13- датчик детонации; 14- датчик положения коленчатого вала; 15-датчик температуры двигателя; 16-датчик кислорода (Л-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

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.

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы перспективы применения в конструкции автомобилей электронных систем управления двигателем и трансмиссией?

2. Какие преимущества по сравнению с традиционной системой топливоподачи имеет система автоматического управления впрыском топлива и чем они обусловлены?

3. Какие существуют и как устроены электронные системы управления топливоподачей бензиновых двигателей?

4. Как осуществляется электронное управление карбюратором?

5. Каковы назначение и принцип действия экономайзера принудительного холостого хода?

6. Как устроена система автоматического управления топливоподачей автомобильных дизелей?

7. Каковы назначение и принцип действия антиблокировочных систем?

8. Как осуществляется автоматическое управление коробкой передач?

9. Как работает автоматическая система управления подвеской?

10. Как осуществляется автоматическое управление агрегатами и узлами автомобиля, влияющими на безопасность дорожного движения?

Литература:

1. Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 2000.

2. Чижков Ю.П., Акимов А.В. Электрооборудование автомобилей. Учебник для вузов. - М.: Изд-во За рулем, 2000.

3. Пятков К.Б. Электрооборудование ВАЗ 2103, 2106: устройство и ремонт. - М.: Третий Рим, 1998.