Общие сведения о системах электронного управления двигателями внутреннего сгорания

 

 

Факторы, влияющие на эффективную работу двигателя

Ме­хани­чес­кие (тра­дици­он­ные) сис­те­мы уп­равле­ния ДВС об­ла­да­ют вы­сокой на­деж­ностью. Од­на­ко они не в сос­то­янии учи­тывать бо­лее 5000 па­рамет­ров, вли­яющих на ра­боту дви­гате­ля и мгно­вен­но на них ре­аги­ровать.

Ко­личес­тво пос­ту­па­юще­го в ци­лин­дры топ­ли­ва при элек­трон­ной сис­те­ме уп­равле­ния дви­гате­лем за­висит не только от по­ложе­ния пе­дали (ры­чага) по­дачи топ­ли­ва.

На ее ве­личи­ну вли­яют: сос­то­яние дви­гате­ля, час­то­та вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла, тем­пе­рату­ра воз­ду­ха, ат­мосфер­ное дав­ле­ние, дав­ле­ние над­ду­ва, тем­пе­рату­ра дви­гате­ля, уро­вень ток­сичнос­ти ОГ, ка­чес­тво топ­ли­ва, наг­рузка и др.

Элек­трон­ный блок уп­равле­ния в ре­жиме ре­ально­го вре­мени об­ра­баты­ва­ет эти па­рамет­ры. Со­от­ветс­тву­ющие дат­чи­ки по­сыла­ют в ЭБУ сиг­на­лы об их те­кущих зна­чени­ях. На ос­но­ве этих сиг­на­лов ЭБУ за­да­ет ре­жим ра­боты в со­от­ветс­твии с си­ту­аци­ями (ал­го­рит­ма­ми), за­ложен­ны­ми в его па­мять из­го­тови­телем.

Важ­но знать! Ре­жим ре­ально­го вре­мени обес­пе­чива­ет по­луче­ние сиг­на­лов от дат­чи­ков и ре­гули­рова­ние ре­жима ра­боты дви­гате­ля мгно­вен­но, что яв­ля­ет­ся важ­нейшим ус­ло­ви­ем оп­ти­миза­ции ра­боты ДВС.

Элек­трон­ная сис­те­ма уп­равле­ния дви­гате­лем поз­во­ля­ет сок­ра­тить рас­ход топ­ли­ва, уменьшить ток­сичность ОГ, уменьшить шум, по­высить КПД, мощ­ность и кру­тящий мо­мент ДВС.

Она об­легча­ет пуск и поз­во­ля­ет обес­пе­чить вы­сокие экс­плу­ата­ци­он­ные па­рамет­ры дви­гате­ля во вре­мя все­го сро­ка его экс­плу­ата­ции.

Элек­трон­ная сис­те­ма уп­равле­ния дви­гате­лем осу­щест­вля­ет об­мен ин­форма­ци­ей с дру­гими сис­те­мами трак­то­ра (ав­то­моби­ля). Нап­ри­мер, при про­бук­совке ко­лес или из­ме­нении наг­рузки блок уп­равле­ния под­би­ра­ет со­от­ветс­тву­ющий кру­тящий мо­мент. При пре­дельных зна­чени­ях сис­те­ма при­нима­ет ме­ры к пре­дот­вра­щению по­лом­ки и ин­форми­ру­ет об этом во­дите­ля.

Для ди­аг­ности­ки дви­гате­ля вы­веде­на спе­ци­альная ши­на с разъемом для под­клю­чения ди­аг­ности­чес­ко­го обо­рудо­вания.

 

Электронная система управления дизелем

Ос­новные за­дачи уп­равле­ния ди­зелем сво­дят­ся к ре­гули­рова­нию по­дачи и мо­мен­та на­чала впрыс­ки­вания топ­ли­ва.

В EDC мож­но вы­делить три бло­ка (рис. 15.1).

Рис. 15.1.Схема электронной системы управления дизелем:
1 — датчики; 2 — блок управления; 3 — исполнительные механизмы; 4 — к другим системам технического средства; 5 — к системе диагностики двигателя

Блок 1. Дат­чи­ки ре­гис­три­ру­ют па­рамет­ры дви­гате­ля (час­то­та вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла, по­ложе­ние рейки топ­ливно­го на­соса) и ус­ло­вия ра­боты (тем­пе­рату­ры топ­ли­ва, воз­ду­ха, ОЖ, мас­ла, дав­ле­ний воз­ду­ха, мас­ла и др.). Эти па­рамет­ры они пре­об­ра­зу­ют в элек­три­чес­кие сиг­на­лы. Что­бы улуч­шить по­каза­тели дви­гате­ля, ко­личес­тво дат­чи­ков и то­чек из­ме­рения уве­личи­ва­ют.

Блок 2. Блок уп­равле­ния об­ра­баты­ва­ет сиг­на­лы дат­чи­ков и по име­ющим­ся в па­мяти прог­раммам (ал­го­рит­мам уп­равле­ния) по­сыла­ет ко­ман­ды на ис­полни­тельные ме­ханиз­мы. ЭБУ вза­имо­действу­ет с дру­гими сис­те­мами трак­то­ра и ис­пользу­ет­ся для ди­аг­ности­ки. Он фун­кци­они­ру­ет как пер­со­нальный компьютер и сос­то­ит из нес­кольких ус­тройств:

• пос­то­ян­ное за­поми­на­ющее ус­тройство (ПЗУ) — со­дер­жит ин­форма­цию об оп­ти­мальных ре­гули­ров­ках дви­гате­ля в раз­личных ре­жимах ра­боты. Ее зак­ла­дыва­ют на за­воде-из­го­тови­теле ин­ди­виду­ально для каж­до­го дви­гате­ля;
• прог­рам­мный за­дат­чик (ПЗ) мик­ропро­цес­со­ра — на ос­но­ве ин­форма­ции от дат­чи­ков (по­ложе­ние пе­дали или ры­чага топ­ли­вопо­дачи, наг­рузка, час­то­та вра­щения и др.) вы­бира­ет из па­мяти ПЗУ те­оре­тичес­ки не­об­хо­димое по­ложе­ние рейки ТНВД (цик­ло­вую по­дачу) и угол опе­реже­ния впрыс­ки­вания топ­ли­ва;
• блок срав­не­ния (БС) — срав­ни­ва­ет те­оре­тичес­кое по­ложе­ние рейки с ее действи­тельным по­ложе­ни­ем в дан­ный мо­мент и по­сыла­ет со­от­ветс­тву­ющие сиг­на­лы ис­полни­тельно­му ме­ханиз­му (кор­ректи­ру­ет ее по­ложе­ние). При этом БС учи­тыва­ет ус­ло­вия ра­боты ДВС (тем­пе­рату­ры дви­гате­ля и за­ряда воз­ду­ха, ат­мосфер­ное дав­ле­ние). Вы­бор уг­ла опе­реже­ния впрыс­ки­вания БС осу­щест­вля­ет с уче­том наг­рузки, час­то­ты вра­щения, ток­сичнос­ти ОГ и др.;
• опе­ратив­ное за­поми­на­ющее ус­тройство (ОЗУ) — хра­нит про­межу­точ­ные ре­зульта­ты вы­чис­ле­ний ПЗ.

Блок 2 мо­жет вклю­чать до­пол­ни­тельно и дру­гие ус­тройства (мо­дуль кон­тро­ля и др.).

Блок 3. Сис­темный блок ис­полни­тельных ме­ханиз­мов пре­об­ра­зу­ет сиг­на­лы бло­ка уп­равле­ния в действия ме­хани­чес­ких ус­тройств (элек­тро­маг­нитный кла­пан ин­ди­виду­ально­го ТНВД, ре­ле вклю­чения вен­ти­лято­ра и др.).

 

Датчики двигателя

Действие тем­пе­ратур­ных дат­чи­ков ос­но­вано на из­ме­нении соп­ро­тив­ле­ния ре­зис­то­ра в за­виси­мос­ти от тем­пе­рату­ры (рис. 15.2, а). В ка­чес­тве ре­зис­то­ра ис­пользу­ют обыч­но по­луп­ро­вод­ник. При по­выше­нии тем­пе­рату­ры соп­ро­тив­ле­ние по­луп­ро­вод­ни­ка уменьша­ет­ся, а ве­личи­на про­ходя­щего че­рез не­го то­ка уве­личи­ва­ет­ся. Это из­ме­нение вос­при­нима­ет­ся бло­ком уп­равле­ния.

Рис. 15.2.Датчики температуры, давления, частоты вращения и угла поворота:
а — датчик температуры: схема устройства и характеристика; б — датчик давления: внешний вид, схема устройства и схема действия; в — индукционный датчик частоты вращения коленчатого вала: схема устройства и форма выходного сигнала; г — датчик угла поворота распределительного вала: схема размещения и схема действия; 1 — штекер; 2 — измерительный резистор; 3 — вакуум; 4 — измерительный элемент (чип); 5 — направление действия измеряемого давления; 6 — тензорезисторный мостик измерения напряжения; 7 — кристалл кремния; 8 — мембрана; 9 — постоянный магнит; 10 — корпус датчика; 11 — картер двигателя; 12 — плоский наконечник; 13 — катушка индуктивности; 14 — воздушный зазор; 15 — импульсное колесо; 16 — зуб; 17 — зазор между зубьями; 18 — слепой зуб; 19 — датчик вращения; 20 — съемное опорное кольцо; 21 — вал привода зубчатой импульсной шайбы с распределительного вала; 22 — ферромагнитные пластины; 23 — магниторезисторы; R ₁ и R ₂ — тензорезисторы; U ₀ — измеряемое напряжение

Мик­ро­меха­ничес­кие дат­чи­ки дав­ле­ния (рис. 15.2, б) ос­но­ваны на пьезо­резис­торном эф­фекте. Из­ме­рительный эле­мент дат­чи­ка — стальная или выт­равлен­ная в крис­талле крем­ния тон­кая мем­бра­на. На ней на­несе­ны че­тыре тен­зо­резис­то­ра. При из­ги­бе мем­бра­ны ре­зис­то­ры из­ме­ня­ют соп­ро­тив­ле­ние. Дат­чик из­ме­ря­ет ве­личи­ну аб­со­лют­но­го дав­ле­ния (око­ло 250 кПа), так как с од­ной сто­роны на мем­бра­ну действу­ет ва­ку­ум.

Дат­чик дав­ле­ния воз­ду­ха во впус­кном тру­боп­ро­воде ус­та­нав­ли­ва­ют меж­ду тур­бо­ком­прес­со­ром и дви­гате­лем. По его сиг­на­лу блок уп­равле­ния рас­счи­тыва­ет мас­су воз­ду­ха в со­от­ветс­твии с те­кущей пот­ребностью ДВС.

Дат­чик дав­ле­ния ок­ру­жа­ющей сре­ды рас­по­лага­ют в бло­ке уп­равле­ния или под ка­потом. Он учи­тыва­ет ат­мосфер­ное дав­ле­ние (60…115 кПа) и плот­ность воз­ду­ха. Его сиг­на­лы ис­пользу­ют для ре­гули­рова­ния дав­ле­ния воз­ду­ха во впус­кном тру­боп­ро­воде и ве­личи­ны ре­цир­ку­ляции ОГ.

Дат­чик дав­ле­ния мас­ла ус­та­нав­ли­ва­ют воз­ле мас­ля­ного фильтра. По его сиг­на­лам мож­но су­дить о ра­ботос­по­соб­ности ос­новных ме­ханиз­мов дви­гате­ля. Он из­ме­ря­ет дав­ле­ние мас­ла в пре­делах 50…1000 кПа.

Дат­чик дав­ле­ния топ­ли­ва ус­та­нав­ли­ва­ют в кон­ту­ре низ­ко­го дав­ле­ния в топ­ливном фильтре или ря­дом с ним. С его по­мощью кон­тро­лиру­ют сте­пень заг­рязнен­ности фильтра. Ди­апа­зон из­ме­рения дат­чи­ка — 20…400 кПа.

Дат­чик дав­ле­ния в топ­ливной ак­ку­муля­тор­ной рейке (CR) из­ме­ря­ет дав­ле­ние до 160 МПа. Точ­ное под­держа­ние за­дан­но­го дав­ле­ния (от­кло­нение не бо­лее 2%) су­щес­твен­но вли­яет на мощ­ность, ток­сичность ОГ, эко­номич­ность и шум дви­гате­ля.

Дат­чи­ки из­ме­рения час­то­ты вра­щения при­меня­ют двух ти­пов: ин­дукци­он­ный дат­чик и дат­чик Хол­ла.

Действие ин­дукци­он­но­го дат­чи­ка (рис. 15.2, в) ос­но­вано на воз­никно­вении в про­вод­ни­ке то­ка при пе­ресе­чении маг­нитных си­ловых ли­ний.

Действие дат­чи­ка Хол­ла ос­но­вано на воз­никно­вении элек­три­чес­ко­го нап­ря­жения в элек­трон­ном ус­тройстве (эле­мент Хол­ла), ко­торый по­луча­ет им­пульсы от пос­то­ян­но­го маг­ни­та. Им­пульсы воз­ни­ка­ют при пре­рыва­нии маг­нитно­го по­тока об­тю­рато­ром (диск с от­вер­сти­ями, сек­то­рами или зубьями).

Ин­дукци­он­ный дат­чик час­то­ты вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла и оп­ре­деле­ния по­ложе­ния его и пор­шня ус­та­нов­лен в кар­те­ре ма­хови­ка. Он смон­ти­рован нап­ро­тив за­креп­ленно­го на ко­лен­ча­том ва­лу фер­ро­маг­нитно­го им­пульсно­го ко­леса (в ка­чес­тве ко­торо­го мо­жет быть ис­пользо­ван зуб­ча­тый ве­нец ма­хови­ка).

Ин­тенсив­ность маг­нитно­го по­тока за­висит от то­го, что рас­по­ложе­но нап­ро­тив дат­чи­ка — зуб или за­зор. Зуб вы­зыва­ет уси­ление маг­нитно­го по­тока, а за­зор — ос­лабле­ние. Эти ко­леба­ния ин­ду­циру­ют в ка­туш­ке элек­три­чес­кий ток.

С уве­личе­ни­ем час­то­ты вра­щения уве­личи­ва­ет­ся ам­пли­туда ко­леба­ний нап­ря­жения. По мак­си­мальным и ми­нимальным зна­чени­ям нап­ря­жения мож­но рас­счи­тать ско­рость вра­щения.

Опор­ная мет­ка в ви­де про­бела на фер­ро­маг­нитном дис­ке со­от­ветс­тву­ет оп­ре­делен­но­му по­ложе­нию ко­лен­ча­того ва­ла.

Дат­чик час­то­ты вра­щения рас­пре­дели­тельно­го ва­ла ус­та­нав­ли­ва­ют на рас­пре­дели­тельных ТНВД с элек­три­чес­ки­ми уп­равля­ющи­ми кла­пана­ми вы­соко­го дав­ле­ния. Его сиг­на­лы слу­жат для из­ме­рения час­то­ты вра­щения ва­ла при­вода ТНВД, оп­ре­деле­ния мгно­вен­ных уг­ло­вых по­ложе­ний ва­ла при­вода ТНВД, рас­пре­дели­тельно­го ва­ла и ме­ханиз­ма опе­реже­ния впрыс­ки­вания.

Прин­цип действия дат­чи­ка ос­но­ван на свойстве маг­ни­то­уп­равля­емых по­луп­ро­вод­ни­ковых ре­зис­то­ров из­ме­нять соп­ро­тив­ле­ние в за­виси­мос­ти от маг­нитно­го по­тока.

Дат­чи­ки Хол­ла при­меня­ют при жес­тких тре­бова­ни­ях к точ­ности из­ме­рений. Их ус­та­нав­ли­ва­ют на рас­пре­дели­тельном ва­лу дви­гате­ля или топ­ливно­го на­соса. Они поз­во­ля­ют оп­ре­делить фа­зы га­зорас­пре­деле­ния и так­ты ра­боты дви­гате­ля (рис. 15.3, а).

Рис. 15.3.Датчики Холла и датчики перемещений:
а — фазовые датчики Холла для измерения частоты вращения: схемы устройства при аксиальном и радиальном расположении датчика, форма сигналов; б — схема реостатного датчика; в — схема устройства индукционного датчика перемещения и форма сигнала; г — устройство педального узла с датчиком Холла; 1 — чувствительные элементы с датчиком Холла; 2 — штекер; 3 — вращающийся диск с отверстиями, секторами или зубьями (обтюратор); 4 — сердечник; 5 — опорное кольцо; 6 — опорная катушка; 7 — рейка ТНВД; 8 — измерительное кольцо; 9 — измерительная катушка; 10 — ось педали; 11 — датчик Холла; U_А — выходное напряжение; U R — опорное напряжение; Х — ход рейки ТНВД

Дат­чи­ки ли­нейно­го и уг­ло­вого пе­реме­щений при­меня­ют для оп­ре­деле­ния по­ложе­ния рейки ряд­ных ТНВД, уг­ла по­воро­та ме­ханиз­ма топ­ли­вопо­дачи в рас­пре­дели­тельных ТНВД или пе­дали топ­ли­вопо­дачи.

Ес­ли не тре­бу­ет­ся вы­сокая точ­ность, при­меня­ют дат­чи­ки ре­ос­татно­го или по­тен­цио­мет­ри­чес­ко­го ти­пов. Прин­цип их действия ос­но­ван на из­ме­нении соп­ро­тив­ле­ния при пе­реме­щении по дат­чи­ку пол­зунка. Пол­зу­нок при­водят в дви­жение от де­тали, пе­реме­щение ко­торой хо­тят из­ме­рить (рис. 15.3, б … г).

Вы­сокую точ­ность и на­деж­ность из­ме­рений по­луча­ют при ис­пользо­вании ин­дукци­он­ных дат­чи­ков. При пе­реме­щении рейки пе­реме­ща­ет­ся из­ме­рительное кольцо и из­ме­ня­ет­ся маг­нитный по­ток и вы­ход­ное нап­ря­жение.

Для из­ме­рения пе­реме­щения пе­дали топ­ли­вопо­дачи мо­жет быть ис­пользо­ван уг­ло­вой дат­чик Хол­ла. При пе­реме­щении пе­дали ось с маг­ни­том по­вора­чива­ет­ся от­но­сительно дат­чи­ка, вы­раба­тыва­ет­ся нап­ря­жение, ко­торое в ви­де сиг­на­ла пе­реда­ет­ся в блок уп­равле­ния.

Тер­мопле­ноч­ные дат­чи­ки рас­хо­да воз­ду­ха (рис. 15.4) в нас­то­ящее вре­мя по­лучи­ли на­ибольшее рас­простра­нение. Их действие ос­но­вано на из­ме­нении соп­ро­тив­ле­ния по­дог­ре­ва­емо­го про­вод­ни­ка при его ох­лажде­нии воз­душным по­током. Чем больше ско­рость по­тока, тем больше воз­ду­ха по­пада­ет во впус­кной тракт и тем больше ох­лажда­ет­ся дат­чик. Вре­мя ре­ак­ции та­кого дат­чи­ка — ме­нее 15 мс.

Рис. 15.4.Датчик измерения расхода воздуха:
а — общий вид; б — схема размещения; в — форма сигнала; 1 — штекер; 2 — стенка корпуса воздушного фильтра; 3 — электронная микросхема (чип); 4 — термопленочный измерительный элемент; 5 — корпус датчика; 6 — измерительный канал частичного потока; 7 — частичный поток впускаемого воздуха

Дат­чик рас­хо­да воз­ду­ха ус­та­нав­ли­ва­ют в воз­душном фильтре или во впус­кном трак­те за воз­душным фильтром в из­ме­рительном ка­нале, че­рез ко­торый про­пус­ка­ют часть воз­ду­ха. На ос­но­вании его сиг­на­лов блок уп­равле­ния рас­счи­тыва­ет рас­ход воз­ду­ха и оп­ти­мальный сос­тав го­рючей сме­си.

С по­мощью дат­чи­ков оп­ре­деле­ния со­дер­жа­ния кис­ло­рода в ОГ (лям­бда-зонд и ти­тано­вый дат­чик) мож­но оп­ре­делить кон­цен­тра­цию кис­ло­рода в ОГ и на этом ос­но­вании сде­лать зак­лю­чение о сос­та­ве ра­бочей сме­си в ка­мере сго­рания (ве­личи­не ко­эф­фи­ци­ен­та из­бытка воз­ду­ха — лям­бда).

Зонд ус­та­нав­ли­ва­ют в вы­пус­кном трак­те (рис. 15.5). Прин­цип его действия ос­но­ван на гальва­ничес­ком эф­фекте (как в ак­ку­муля­торе).

Рис. 15.5.Датчик измерения содержания кислорода в ОГ (лямбда-зонд):
а — общий вид; б — схема устройства; в — схема действия; г — форма сигнала; 1 — кислородный датчик; 2 — корпус с нейтрализатором; 3 — пористый защитный слой с отверстиями для входа ОГ; 4 — подогреватель выпускного коллектора; 5 — опорный элемент с каналом для входа чистого воздуха; 6 — выходной кабель; 7 — диффузная щель; 8 — электролит из диоксида циркония; 9 — пористый диффузионный барьер; I_Р — сила насосного тока; U_Р — насосное напряжение; U_S — напряжение, вырабатываемое датчиком

В за­виси­мос­ти от ко­личес­тва кис­ло­рода в ОГ дат­чик вы­раба­тыва­ет со­от­ветс­тву­ющее нап­ря­жение. В ка­чес­тве твер­до­го элек­тро­лита в нем ис­пользу­ет­ся ди­ок­сид цир­ко­ния. Элек­тро­ды у дат­чи­ка на­пыле­ны из пла­тины. Один элек­трод на­ходит­ся в воз­душной ат­мосфе­ре, а дру­гой — в ОГ.

Дат­чик на­чина­ет вы­раба­тывать элек­три­чес­кие сиг­на­лы при тем­пе­рату­ре не ме­нее 350°С, по­это­му его не­об­хо­димо пред­ва­рительно ра­зог­реть.

Кис­ло­род­ный дат­чик на ос­но­ве ди­ок­си­да ти­тана при из­ме­нении со­дер­жа­ния кис­ло­рода в ОГ из­ме­ня­ет соп­ро­тив­ле­ние. При бо­гатой сме­си кис­ло­рода соп­ро­тив­ле­ние — 1 кОм, при бед­ной сме­си — 20 кОм.

Так как его соп­ро­тив­ле­ние так­же за­висит от тем­пе­рату­ры, в дат­чик встро­ен по­дог­ре­ватель. На дат­чик по­да­ет­ся эта­лон­ное нап­ря­жение 5 Вт, ко­торое ме­ня­ет­ся в за­виси­мос­ти от сос­та­ва сме­си от 1 до 5 Вт. Он до­роже и слож­нее, по­это­му при­меня­ет­ся на ав­то­моби­лях пре­ми­ально­го клас­са.

 

Исполнительные механизмы

Ис­полни­тельные ме­ханиз­мы элек­трон­ной сис­те­мы уп­равле­ния дви­гате­лем по­каза­ны на рис. 15.6.

Рис. 15.6.Исполнительные механизмы электронной системы управления ДВС:
а — схема устройства регулирования давления наддува; б — привод клапанов электромагнитами; в — механизм отключения впускного клапана; г — схема регулирования количества и момента начала подачи топлива в рядном ТНВД; д — схема регулирования подачи топлива в системе CR; 1 — электропневматический клапан; 2 — компрессор; 3 — газовая турбина; 4 — перепускной клапан; 5 — электромагнит; 6 — заслонка; 7 — электромагнитный клапан остановки двигателя; 8 — исполнительный механизм привода дополнительной втулки (регулирование момента начала подачи топлива); 9 — исполнительный механизм перемещения рейки ТНВД (регулирование количества топлива); 10 — датчик давления в аккумуляторной рейке (рампе); 11 — электромагнитный клапан высокого давления; 12 — электромагнитный клапан регулирования давления в рампе

Ме­ханизм ре­гули­рова­ния дав­ле­ния над­ду­ва. Что­бы тур­бо­ком­прес­сор под действи­ем ОГ не вра­щал­ся слиш­ком быс­тро и не соз­да­вал из­лишне вы­сокое дав­ле­ние воз­ду­ха, часть ОГ от­во­дят че­рез пе­репус­кной элек­троп­невма­тичес­кий кла­пан. Ко­ман­ды кла­пан по­луча­ет от ЭБУ на ос­но­ве сиг­на­лов от кис­ло­род­но­го дат­чи­ка, наг­рузки на дви­гатель, по­ложе­ния пе­дали топ­ли­вопо­дачи и др.

Ме­ханизм при­вода кла­панов элек­тро­маг­ни­тами. При его на­личии в дви­гате­ле от­па­да­ет не­об­хо­димость в рас­пре­дели­тельном ва­ле. Эта сис­те­ма поз­во­ля­ет ин­ди­виду­ально с мак­си­мально воз­можной эф­фектив­ностью уп­равлять кла­пана­ми.

Ме­ханизм от­клю­чения впус­кно­го ка­нала. Для ди­зелей большой мощ­ности в ре­жимах хо­лос­то­го хо­да или ма­лой наг­рузки не тре­бу­ет­ся больших пор­ций топ­ли­ва и воз­ду­ха. Ме­ханизм ог­ра­ничи­ва­ет его пос­тупле­ние пе­рек­ры­вани­ем од­но­го из впус­кных ка­налов зас­лонкой, ко­торая уп­равля­ет­ся элек­троп­невма­тичес­ким кла­паном. Ис­пользо­вание та­кого ме­ханиз­ма спо­собс­тву­ет эко­номии топ­ли­ва.

Уп­равле­ние элек­тро­вен­ти­лято­ром сис­те­мы ох­лажде­ния. Осу­щест­вля­ют с по­мощью элек­тро­маг­нитно­го кла­пана.

Уп­равле­ние вре­менем вклю­чения све­чей на­кали­вания. Осу­щест­вля­ют от тем­пе­ратур­но­го дат­чи­ка или спе­ци­ально­го бло­ка уп­равле­ния ра­боты све­чей. Поз­во­ля­ет оп­ре­делять оп­ти­мальное вре­мя на­кали­вания для раз­личных ре­жимов экс­плу­ата­ции ди­зеля.

Ме­ханизм ре­гули­рова­ния ко­личес­тва и мо­мен­та на­чала по­дачи топ­ли­ва. Для уп­равле­ния ра­ботой ТНВД в его конс­трук­цию бы­ла вве­дена до­пол­ни­тельная ре­гули­ру­ющая втул­ка, ус­та­нов­ле­ны со­от­ветс­тву­ющие дат­чи­ки и ис­полни­тельные ме­ханиз­мы. При вык­лю­чен­ном пи­тании элек­тро­маг­ни­та пру­жина удер­жи­ва­ет рейку в по­ложе­нии «Стоп». При его вклю­чении, ре­гули­руя си­лу то­ка по ко­ман­де от бло­ка уп­равле­ния, из­ме­ня­ют по­ложе­ние топ­ливной рейки. Из­ме­няя си­лу то­ка в ме­ханиз­ме до­пол­ни­тельной втул­ки, ре­гули­ру­ют на­чало по­дачи топ­ли­ва. Это про­ис­хо­дит пе­реме­щени­ем втул­ки по плун­же­ру. При пе­реме­щении втул­ки вверх уве­личи­ва­ет­ся ход плун­же­ра и ус­та­нав­ли­ва­ет­ся бо­лее поз­днее на­чало по­дачи топ­ли­ва. Пе­реме­щение втул­ки вниз при­водит к бо­лее ран­ней по­даче. Прек­ра­щение по­дачи про­ис­хо­дит, ког­да ре­гули­ру­ющая кром­ка плун­же­ра сов­па­да­ет с уп­равля­ющим от­вер­сти­ем втул­ки. В та­ких на­сосах от­па­да­ет на­доб­ность в муф­те опе­реже­ния впрыс­ки­вания, а ве­личи­на цик­ло­вой по­дачи и мо­мент на­чала по­дачи ус­та­нав­ли­ва­ют­ся не­зави­симо от ско­рос­ти вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла.

В сис­те­ме Common Rail элек­тро­маг­нитны­ми кла­пана­ми ре­гули­ру­ют дав­ле­ние в ак­ку­муля­тор­ной рейке. Для ре­гули­рова­ния про­дол­жи­тельнос­ти и мо­мен­та на­чала впрыс­ки­вания ис­пользу­ют элек­тро­маг­нитные кла­паны на фор­сунках.

При та­кой сис­те­ме впрыс­ки­вание мож­но осу­щес­твить не­зави­симо от дав­ле­ния в топ­ливной рейке. Это да­ет воз­можность осу­щест­влять пред­ва­рительное впрыс­ки­вание не­большой до­зы, а за­тем — ос­новной.

При та­ком дроб­ном впрыс­ки­вании топ­ли­во пол­нее сго­ра­ет, уве­личи­ва­ет­ся КПД дви­гате­ля, сни­жа­ет­ся ток­сичность ОГ и уро­вень шу­ма.

 

Коммутация электронных приборов

В сов­ре­мен­ном ТС, ос­на­щен­ном элек­трон­ны­ми сис­те­мами уп­равле­ния дви­гате­лем, тран­смис­си­ей, ра­бочим обо­рудо­вани­ем, не­об­хо­димо со­еди­нить большое ко­личес­тво элек­трон­ных ус­тройств.

Ес­ли для об­ме­на элек­три­чес­ки­ми сиг­на­лами про­ложить про­вод­ни­ки, то по­надо­бит­ся бо­лее 1 км про­водов мас­сой поч­ти 100 кг.

Для ре­шения этой проб­ле­мы был раз­ра­ботан бо­товой кон­трол­лер свя­зи — ши­на CAN (Controller Area Network). Это — сис­те­ма циф­ро­вой свя­зи и уп­равле­ния элек­три­чес­ки­ми ус­тройства­ми ТС, поз­во­ля­ющая со­бирать дан­ные от всех ус­тройств, об­ме­ниваться ин­форма­ци­ей и уп­равлять ими.

В ТС сиг­на­лы пе­реда­ют­ся в циф­ро­вой фор­ме (1 и 0) дву­мя про­вода­ми (ви­той па­рой). Ши­на CAN мо­жет быть и бес­про­вод­ной.

Для пе­реда­чи «1» ис­пользу­ет­ся один пол­ный пе­ри­од час­то­ты (1200 Гц), а для «0» — два не­пол­ных пе­ри­ода в 2200 Гц.

Все элек­трон­ные ус­тройства под­со­еди­нены к бор­то­вой се­ти па­рал­лельно и мо­гут вклю­чаться, по­лучив спе­ци­альный, пред­назна­чен­ный только для дан­но­го ус­тройства, сиг­нал по ши­не СAN (рис. 15.7).

Рис. 15.7.Системы связи между электронными блоками технического средства:
а — отдельными проводниками; б — шиной CAN

 

Электронная система управления двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием

На­ибо­лее рас­простра­нен­ная сис­те­ма уп­равле­ния дви­гате­лем с ис­кро­вым за­жига­ни­ем Motroniс бы­ла раз­ра­бота­на фир­мой Bosch в 1979 г. Она по­хожа на сис­те­му уп­равле­ния ди­зельным дви­гате­лем (рис. 15.8).

Рис. 15.8.Электронная система управления двигателем

Сис­те­ма Motroniс — ба­зовая сис­те­ма для раз­личных ва­ри­ан­тов уп­равле­ния дви­гате­лем.

Ос­новные фун­кции си­темы Motroniс: до­зиро­вание точ­но­го ко­личес­тва топ­ли­ва и по­дача ис­кро­вого раз­ря­да в са­мый оп­ти­мальный мо­мент за­жига­ния.

Кро­ме то­го, она мо­жет обес­пе­чивать: ре­гули­рова­ние час­то­ты вра­щения ко­лен­ча­того ва­ла на хо­лос­том хо­ду, кон­троль сос­та­ва сме­си и ОГ, уп­равле­ние де­тона­ци­ей, уп­равле­ние тур­бо­наг­не­тате­лем и рас­пре­дели­тельным ва­лом, уп­равле­ние ге­омет­ри­ей впус­кно­го тру­боп­ро­вода, ре­гули­рова­ние ско­рос­ти дви­жения (кру­из-кон­троль) и др.

Ва­ри­ан­ты сис­те­мы Motroniс: M-Motronic, ME-Motronic, MED-Motronic и др.

В вер­сии M-Motronic пе­даль га­за со­еди­нена с дрос­сельной зас­лонкой ме­хани­чес­ки, а ко­личес­тво пос­ту­па­юще­го воз­ду­ха ре­гули­ру­ет­ся бло­ком уп­равле­ния.

В ва­ри­ан­те ME-Motronic ис­пользу­ет­ся элек­трон­но-уп­равля­емая пе­даль га­за, не­по­движ­ное рас­пре­деле­ние нап­ря­жения по све­чам за­жига­ния, ре­гули­рова­ние кру­тяще­го мо­мен­та.

В обе­их вер­си­ях впрыс­ки­вание осу­щест­вля­ют элек­тро­маг­нитны­ми фор­сунка­ми во впус­кной тру­боп­ро­вод пе­ред та­рел­кой впус­кно­го кла­пана.

Сис­те­ма за­жига­ния — дву­хис­кро­вая, с од­ной не­под­вижной (без ме­хани­чес­ко­го вра­ща­юще­гося ро­тора) ка­туш­кой за­жига­ния на две све­чи.

В нас­то­ящее вре­мя на­ибо­лее со­вер­шенный ва­ри­ант этой сис­те­мы — вер­сия MED-Motronic (рис. 15.9).

 

Рис. 15.9. Система электронного управления двигателем MED-Motronic

В этой сис­те­ме впрыск про­из­во­дят не­пос­редс­твен­но в ци­линдр дви­гате­ля, по­это­му для обес­пе­чения эко­номии топ­ли­ва ис­пользу­ет­ся двух­ра­зовое впрыс­ки­вание. Пер­вое час­тичное впрыс­ки­вание про­из­во­дят во вре­мя так­та впус­ка (го­моген­ное рас­пре­деле­ние сме­си), а вто­рое — пе­ред кон­цом так­та сжа­тия до мо­мен­та за­жига­ния (пос­лойное рас­пре­деле­ние сме­си).

Уп­равле­ние та­кими слож­ны­ми про­цес­са­ми тре­бу­ет большо­го быс­тро­действия, больше­го объема рас­че­тов и бо­лее мощ­но­го бор­то­вого компьюте­ра. Су­щес­твен­ные из­ме­нения вне­сены в сис­те­му вы­пус­ка и нейтра­лиза­ции ОГ.

Сис­те­ма за­жига­ния ис­пользу­ет­ся од­но­ис­кро­вая, со спе­ци­альной ка­туш­кой вы­соко­го нап­ря­жения на каж­дой све­че. Ка­туш­ка ге­нери­ру­ет бо­лее вы­сокое нап­ря­жение, чем в пред­шес­тву­ющих сис­те­мах.

Дат­чи­ки дви­гате­лей с ис­кро­вым за­жига­ни­ем поч­ти все ра­бота­ют на прин­ци­пах, рас­смот­ренных для ди­зеля.

Пьезо­элек­три­чес­кий дат­чик де­тона­ции дви­гате­ля ре­гис­три­ру­ет акус­ти­чес­кие ко­леба­ния. При сжа­тии пьезо­элек­три­чес­кий эле­мент вы­раба­тыва­ет элек­три­чес­кий сиг­нал с час­то­той акус­ти­чес­ких ко­леба­ний, ко­торые воз­ни­ка­ют при де­тона­ции. Эти сиг­на­лы пос­ту­па­ют в ЭБУ для кор­ректи­рова­ния ре­жима ра­боты. Дат­чик обыч­но кре­пит­ся на вин­тах на бо­ковой сто­роне бло­ка ци­лин­дров (рис. 15.10).

Рис. 15.10.Установка на двигателе пьезоэлектрического датчика детонации:
1 — пьезоэлектрический элемент; 2 — сейсмическая масса с усилием сжатия F; 3 — корпус; 4 — затяжной болт; 5 — контактная поверхность; 6 — электрическое соединение; 7 — блок цилиндров; 8 — поршень; V — вибрация; F — усилие сжатия