3.1 Принципы функционирования СУД
В настоящее время наибольшее распространение получили комплексные системы управления двигателями, поэтому в дальнейшем мы будем уделять им основное внимание, а существовавшие ранее системы управления рассматривать как некие частные случаи.
Системы управления двигателями автомобилей с искровым воспламенением топлива имеют в своём составе как минимум две подсистемы:
· систему управления составом топливной смеси, т.е. регулировки соотношения воздух/топливо (топливно-эмиссионную);
· систему управления моментом зажигания.
На протяжении всего предыдущего периода развития автомобилестроения эти две системы развивались отдельно друг от друга. Исследования характеристик работы двигателя совместно с требованиями к составу выхлопных газов показывают, что эти системы не являются независимыми друг от друга. Например, изменение состава топливной смеси должно вызывать изменение момента зажигания для обеспечения максимальной эффективности двигателя (по выбранному критерию).
Для улучшения качества управления двигателем логично использовать один процессор (вычислитель или контроллер), который может обрабатывать входные сигналы и вырабатывать управляющие сигналы для обеих систем одновременно.
Современная концепция электронной СУД основана на применении единого блока управления системой зажигания и топливно-эмиссионной, а также других систем
автомобиля: рулевого управления, подрессоривания, автоматической коробки передач, включения и выключения сцепления, бортовой диагностики и др.
Каждая из систем, управляемых контроллером, также снабжается системой защиты от непредсказуемых последствий в случае отказа контроллера.
Как уже отмечалось, для управления АД применяются так называемые характеристические карты. Их получают в процессе стендовых испытаний АД при реализации всего диапазона внешних нагрузок и измерении отклика на них АД (в виде различных параметров). Многомерные, полученные в ходе таких факторных экспериментов, таблицы-карты заносят в память блока управления соответствующего АД.
Двумерная таблица-карта может быть наглядно представлена в виде трехмерного графика (диаграммы).
Карты представляют основную информацию относительно взаимозависимости характеристик АД. Для получения всесторонних данных о качестве СУД необходимо иметь множество карт. Пример характеристической карты представлен на рис. 1.1.5.
Загрузка двигателя
Угол опережен
Частота оборотов двигателя
Рис. 1.1.5. Пример характеристической карты
Обычно в системах управления зажиганием и топливно-эмиссионной используются датчики одного и того же типа. Логическим следствием этого факта является использование одного компьютера и одного набора датчиков для управления обеими системами.
Прежде, чем перейти к изучению системы управления двигателем, рассмотрим работу системы управления с обратной связью.
После того, как определены характеристические карты двигателя, они сохраняются в постоянной памяти (ROM) бортового компьютера СУД. В соответствии с этими данными осуществляется управление работой двигателя на различных скоростях вращения и коэффициентах загрузки двигателя. Однако подобное управление двигателем предполагает, что характеристики самого двигателя с течением времени не изменяются.
На самом деле это не так, поскольку в процессе эксплуатации изнашиваются поршни, направляющие втулки клапанов и прочие детали двигателя. В конечном итоге, эти процессы приводят к тому, что, например, потребное содержание воздуха в рабочей смеси будет отличаться от того, что определяет микропроцессор на основе данных, измеренных датчиками.
Эта ситуация является одним из следствий использования системы управления без обратной связи, то есть системы, в которой не осуществляется контроль фактических параметров двигателя (его приемистости или состава выхлопных газов).
Аналогичным образом, изначально настроенная установка зажигания, в процессе эксплуатации может привести к возникновению детонации и поломке двигателя.
Устранение этих проблем достигается измерением параметров двигателя с помощью датчиков, сигналы которых помогают корректировать состав рабочей смеси и момент зажигания.
Датчик детонации является элементом обратной связи и широко используется в современных двигателях. С его помощью происходит уменьшение угла опережения при возникновении детонации.
Аналогичным образом с помощью лямбда-зонда оценивается содержание кислорода в выхлопных газах и сигнал передается микропроцессору. В свою очередь, микропроцессор производит корректировку соотношения воздух/топливо таким образом, чтобы параметр лямбда был равен 1,0.
Таким образом, датчик детонации и лямбда-зонд являются составными частями системы управления двигателем с обратной связью и поддерживают требуемые параметры двигателя с учетом его износа в течении всего срока эксплуатации.
Рассмотрим общую схему, абстрактной СУД иллюстрирующую принципы управления двигателем с системой впрыска топлива, представленную на рисунке 1.1.6.
3.2 Подсистемы системы управления двигателем