Лекция 10. Системы топливоподачи

ТЕМА 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

Автомобильный двигатель представляет систему, состоящую из подсистем топливоподачи, зажигания, охлаждения, смазки и т. д. Все подсистемы связаны и при функционировании образуют единое целое.

Управление двигателем нельзя рассматривать в отрыве от управления автомобилем. Скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя зависят от скоростных режимов движения автомобиля в различных условиях эксплуатации (разгоны, движение с постоянной скоростью, замедления, остановки).

Водитель изменяет скоростной и нагрузочный режим двигателя, воздействуя на дроссельную заслонку. Выходные характеристики двигателя при этом зависят от состава топливо-воздушной смеси и угла опережения зажигания, управление которыми обычно осуществляется автоматически (рис.10.1).

Схема двигателя как объекта автоматического управления приведена на рис. 10.2. Входные параметры (угол открытия дроссельной заслонки φ_др, угол опережения зажигания , цикловой расход топлива G_Т и др.) – это те параметры, которые влияют на протекание рабочего цикла двигателя. Их значения определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются также управляющими.

Кроме входных управляющих параметров на двигатель во время его работы воздействуют случайные возмущения, которые мешают управлению. К случайным возмущениям можно отнести изменение параметров состояния внешней среды (температура Т, атмосферное давление р, влажность), свойств топлива, масла и т. д.

Выходные параметры, называемые управляемыми, характеризуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся частота вращения коленчатого вала, крутящий момент М_е, показатель топливной экономичности g_е и токсичности отработавших газов (например, содержание СО), а также многие другие.

Чрезвычайно широкое разнообразие автомобильных двигателей предопределяет многовариантность систем управления. Так, если в карбюраторных системах топливоподачи электроника используется ограниченно, то современные системы впрыскивания топлива создаются только на основе управления электронными системами. В свою очередь, развитие электронных систем управления может стимулировать появление новых конструктивных решений проектируемых двигателей.

2. КАРБЮРАТОРЫ С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Электронные карбюраторные системы на основных режимах работы двигателя являются замкнутыми системами регулирования, а некоторые системы производят поиск оптимального значения (экстремума) выходного параметра. Как правило, регулирующим органом, управляющим составом смеси, служит линейный соленоид с конусными измерительными иглами.

Электронная карбюраторная система должна обеспечить стабилизацию состава рабочей смеси. Для этого применяется система регулирования с обратной связью, осуществляемой от датчика состава смеси, называемого λ -датчиком. Назначение датчика – фиксировать момент перехода смеси через стехиометрическое состояние (коэффициент избытка воздуха λ = 1). В настоящее время наиболее широко используется циркониевый датчик.

Упрощённая схема системы управления составом смеси приведена на рис. 10.3. В состав схемы входят впускной тракт 1, λ -датчик 2, каталитический нейтрализатор 3, схема сравнения 4 и дозирующее устройство 5.

Схема поясняет процесс стабилизации, роль обратной связи и λ -датчика. Если дозирующее устройство 5 вырабатывает стехиометрический состав смеси, то напряжение, снимаемое с λ -датчика 2, равно U_оп. Схема сравнения вырабатывает напряжение рассогласования. Пока на оба входа схемы сравнения поступают одинаковые напряжения, напряжение на её выходе равно нулю. В этом случае дозирующее устройство продолжает вырабатывать стехиометрическую смесь, а катализатор – нормально работать, т. – е. окислять и восстанавливать токсичные компоненты отработавших газов (разрушать СО, СН и НО).

Если по какой-либо причине состав смеси отклонится от стехиометрического, то напряжение на выходе λ -датчика изменится. В результате на выходе схемы сравнения появится напряжение рассогласования, не равное нулю. Это напряжение воздействует на дозирующее устройство, что приводит вновь к образованию стехиометрического состава смеси.

3. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЭКОНОМАЙЗЕРОМ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ХОЛОСТОГО ХОДА

При движении автомобиля в городских условиях до четверти всего времени двигатель работает в режиме принудительного холостого хода. Это происходит при торможении двигателем, при переключении передач, при движении автомобиля накатом и т. д. В этих режимах дроссельная заслонка карбюратора закрыта (педаль управления дроссельной заслонкой полностью отпущена), частота вращения коленчатого вала двигателя превышает частоту холостого хода.

На принудительном холостом ходу двигатель расходует топливо, не выполняя полезной работы. Сгорание рабочей смеси приводит только к загрязнению окружающей среды. При быстром закрытии дроссельной заслонки горючая смесь переобогащается и токсичность отработавших газов увеличивается. Электронные системы автоматического управления экономайзером принудительного холостого хода (САУЭПХХ) предназначены для прекращения подачи топлива в режиме принудительного холостого хода.

Структурная схема САУЭПХХ приведена на рис. 10.4. В состав системы входят электронный блок управления, электромагнитный клапан, датчик положения дроссельной заслонки, датчик частоты вращения коленчатого вала.

Режим принудительного холостого хода отличают два признака:

– частота вращения коленчатого вала двигателя больше частоты в режиме холостого хода;

– дроссельная заслонка карбюратора закрыта.

Для определения режима принудительного холостого хода служат датчики частоты вращения коленчатого вала и положения дроссельной заслонки. В качестве датчиков положения дроссельной заслонки используются микровыключатель (рис. 10.5, а) или датчик-винт (рис. 10.5, б).

Если дроссельная заслонка открыта, контакты микровыключателя замкнуты. Если заслонка закрыта, контакты разомкнуты. Информация о частоте вращения коленчатого вала поступает в блок управления ЭПХХ с первичной обмотки катушки зажигания.

При возникновении режима принудительного холостого хода электронный блок вырабатывает управляющий сигнал на закрытие электромагнитного или пневмоэлектромагнитного клапана. При этом подача топлива через систему холостого хода прерывается. После окончания режима принудительного холостого хода (открывается дроссельная заслонка или снижается частота вращения коленчатого вала) электронный блок вырабатывает сигнал на открытие электромагнитного клапана. Начинается подача топлива через систему холостого хода карбюратора.

САУЭПХХ грузовых и легковых автомобилей отличаются по алгоритму управления, схеме и конструктивному исполнению. Принципиальные схемы электронных блоков управления ЭПХХ легковых и грузовых автомобилей зависят от закона управления электромагнитным клапаном карбюратора, т. е. соотношения частоты вращения коленчатого вала двигателя и положения дроссельной заслонки (рис. 10.6 ÷ 10.9).

Рассмотрим работу блока управления экономайзером принудительного холостого хода на примере схемы, приведенной на рис. 10.6. В блок управления 25.3761 входной сигнал с первичной обмотки зажигания подаётся на вывод 4 микросхемы А₁. На выводе 3 этой микросхемы формируются импульсы постоянной длительности, частота повторения которых соответствует частоте входных сигналов (от прерывателя). На транзисторах Т₁ и Т₂ построен ключ, который во время действия импульса на входе микросхемы А₁ разряжает времязадающий конденсатор С₁. В паузе между импульсами конденсатор С₁ заряжается через резисторы R₁ и R₂. Максимальное напряжение, до которого заряжается конденсатор С₁, увеличивается с уменьшением частоты сигнала.

На транзисторах Т₃ и Т₄ построен пороговый элемент. Когда напряжение на конденсаторе С₁ – U_С1 превысит опорное значение U_оп, равное примерно 8 В, эти транзисторы открываются.

Таким образом, при уменьшении частоты входного сигнала до частоты холостого хода конденсатор С₁ заряжается до напряжения, превышающего опорное значение порогового элемента. Транзисторы Т₃ и Т₄ открываются и через микросхему А2 открывают транзистор Т₆. На электромагнитный клапан подаётся напряжение.

При возникновении принудительного холостого хода контакты датчика положения дроссельной заслонки S₁ размыкаются, а U_С1 < U_оп. Транзистор Т₆ закрыт, и цепь питания электромагнитного клапана размыкается. Он прекращает подачу топлива.

Если частота вращения коленчатого вала ДВС снизится до частоты холостого хода, то напряжение U_С1 увеличится и станет больше U_оп. Транзисторы Т₃ и Т₄ откроются и через микросхему А2 откроют транзистор Т₆. Цепь питания электромагнитного клапана восстанавливается, и он возобновляет подачу топливной смеси.

При нажатии водителем на дроссельную заслонку контакты датчика S1 замыкаются, восстанавливая цепь питания электромагнитного клапана. Подача топливной смеси восстанавливается независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Блоки управления ЭПХХ, приведенные на рис. 10.7 и рис. 10.8, отличаются от рассмотренного только их схемной реализацией.

Схема блока, приведенная на рис. 10.9, позволяет определять режим принудительного холостого хода с учетом дополнительного фактора – температуры охлаждающей жидкости.

В микропроцессорной системе управления зажиганием и ЭПХХ автомобиля ЗИЛ-431410 (рис. 10.10) на вход контроллера 8 поступают сигналы от датчиков частоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры охлаждающей жидкости и положения дроссельной заслонки, а также от датчика нагрузки. Контроллер формирует сигнал управления клапанами ЭПХХ.

При частоте вращения коленчатого вала двигателя более 1100 мин^-1, температуре охлаждающей жидкости более 60 ºС, полностью закрытой дроссельной заслонке или при разрежении в смесительной камере карбюратора более 560 мм рт.ст. контроллер выключает электромагнитные клапаны, которые перекрывают каналы подачи топлива в систему холостого хода карбюратора (режим торможения двигателем).

При частоте вращения коленчатого вала менее 1000 мин^-1, температуре охлаждающей жидкости менее 60 ºС, незакрытой дроссельной заслонке и разрежении в смесительной камере карбюратора менее 520 мм рт. ст. контроллер включает электромагнитные клапаны и двигатель автоматически возобновляет работу на холостом ходу.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

10.1. Какие параметры ДВС называются управляемыми?

10.2. Приведите структурную схему электронной карбюраторной системы и поясните принцип ее работы.

10.3. Какие параметры ДВС используются в качестве признаков принудительного холостого хода?

10.4. Чем обусловлены отличия схем электронных блоков управления для различных типов автомобилей?

10.5. По схеме рис. 10.6 поясните принцип работы блока управления ЭПХХ. Какой из признаков принудительного холостого хода является безусловным для возобновления подачи топливной смеси?

10.6. В чем заключается принципиальное отличие микропроцессорных систем управления ДВС от электронных блоков управления ЭПХХ?

Дата добавления: 2015-05-06