Классификация электронных систем автомобиля. «электронные системы автомобилей. ESP

» Электронные системы автомобиля — в помощь водителю

Вспомогательные электронные системы предназначены для создания условий способствующих улучшению управления автомобилем. Разработано множество различных электронных систем действующих совместно с агрегатами автомобиля, которые можно классифицировать:

Вспомогательные системы, работающие совместно с механизмами тормозного контура:
— автоблокировочные,
— экстремального торможения.
Соблюдение курсовой устойчивости.
Соблюдение дистанции при движении между автомобилями.
Поддержка перестроения автомобилей при движении со сменой полос автотрассы.
Парковка с использованием ультразвуковых сигналов.
Использование камеры заднего вида.
Bluetooth.
Круиз-контроль

Антиблокировочная тормозная система

АБС () – специально для повышения эффективности работы тормозов при различных дорожных погодных условиях.

Считывает скорость вращения каждого колеса и при усиленном торможении препятствует блокированию и скольжению, тем самым оставляет возможность управлять и маневрировать транспортным средством до полной остановки.

В ее состав входит:

электронный блок управления;
механизм – модулятор регулировки давления рабочей (тормозной) жидкости, (блок ABS);
показывающих угловую скорость вращения колес.

Система экстремального торможения

Предназначена для экстренного торможения в условиях требующих немедленной остановки автомобиля. И помогает водителю дожимать педаль тормоза, при расчете малоэффективности торможения.

Состоит из блоков:

гидравлического модуля с компонованного с блоком АБС и насосом обратной подачи тормозной жидкости;
датчика, показывающего давление в гидравлическом контуре;
датчика, фиксирующего скорость вращения колес;
устройства выключения сигнала передаваемого на усилитель экстремального торможения.

Система курсовой устойчивости автомобиля

Позволяет стабилизировать поперечную динамику движения автомобиля, предотвращает занос транспортного средства. Действует совместно с АБС и системой управления двигателем.

В ее состав входит:

электронный блок-контроллер;
датчик, показывающий положение рулевого колеса;
датчик давления в системе тормозов.

Курсовая устойчивость показала себя с высокой эффективностью на обледенелых дорогах, помогая водителю в трудных ситуациях

Система соблюдения расстояния между движущимися автомобилями

САРД – электронная система соблюдения необходимого, заданного расстояния между автомобилями, работающая в автоматическом режиме. Эффективность действия САРД возможна при скорости движения до 180 км/час и действует совместно с системой регулирования скорости, позволяя водителю управлять автомобилем в более комфортных условиях.

Система поддержки смены полос движения

Предназначена для контроля окружающей обстановки при осуществлении маневрирования на трассе. Позволяет с помощью радара контролировать мертвую зону вокруг автомобиля и предупреждает водителя о возникновении помех при движении, предотвращает дорожно-транспортные пришествия.

Электронная система парковки автомобиля

Предназначена для обеспечения безопасности маневров при парковке автомобиля. Электронная система состоит из нескольких ультразвуковых датчиков, которые передают информацию водителю о возможных препятствиях с помощью специальных звуковых и визуальных сигналов. Сигнальные датчики работают в режиме приема-передачи сигнала и позволяют использовать их с наибольшей эффективностью.

Камера заднего вида

Предназначена для передачи визуальных изображений позади автомобиля. Совместное использование звуковых датчиков и камеры заднего вида предотвращает возникновение ситуаций столкновения с препятствиями позади транспортного средства при маневрах.

Вспомогательная система Bluetooth

Bluetooth – обеспечивает мобильную связь для различных устройств, установленных на автомобиле:

телефон;
ноутбук.

Помогает водителю меньше отвлекаться от дороги. Обеспечивая безопасность и комфорт при вождении автомобиля.

Состоит из блоков:

электронного приемо-передающего блока;
антенны.

Круиз-контроль

Помогает водителю, увеличивая комфорт вождения.

Поддерживает заданную скорость транспортного средства вне зависимости от рельефа местности, на спусках и подъемах дороги. Имеет управление с добавлением скорости и лимита скорости, так же присутствует запоминание установленного лимита. Отключается при нажатии на педаль тормоза или сцепления, так же имеет свой собственный выключатель. При нажатии на педаль газа транспортное средство ускоряется, после отпускания, возвращается к своему лимиту скорости.

Пользователь имеет возможность значительно упростить и автоматизировать использование систем автомобиля с учетом автономного управления.

Электронная диагностика систем автомобиля проводиться при прохождении каждого технического обслуживания официальным дилером. Выдается бумага о наличии неисправностей с распечаткой кодов ошибок. Однако существует небольшая грань между установленным оборудованием и штатным. По штатному оборудованию, дилер обязан предоставить ремонт и его диагностику, а вот по установленному может вам отказать, тем более если оборудование устанавливалось в гаражных условиях с внедрением в проводку и изменением алгоритмов работы. В таких ситуациях если машина на гарантии, то можно лишиться гарантийного обслуживания. Будьте осторожны при установке дополнительного оборудования!

Блок управления дверями автомобиля — функции сети CAN Пежо 308 — недостатки и отзывы владельцев новой модели
Что такое АБС (ABS) — антиблокировочная система тормозов
Тормозная система автомобиля — ремонт или замена Что такое система Start-Stop?
Система охлаждения двигателя автомобиля, принцип действия, неисправности

Современные автобусы и грузовые машины буквально «начинены» всевозможной электроникой. Микропроцессоры улучшают ходовые параметры ТС, снижают эксплуатационные расходы, повышают комфортабельность работы водителя и делают ТО более эффективным. Они воздействуют на:

Электрику: зажигание, освещение и прочие узлы.
Механику: мотор, ходовая часть и другие системы, отвечающие за управляемость и безопасность ТС.
Логистику: контроль работы техники, учет пассажиров.

Чтобы обеспечить сбор информации, на каждом автобусе или грузовике последних моделей устанавливается бортовая сеть, способная отправлять и получать сообщения по определенным наборам соглашений интерфейса. Официально они называются протоколами.

За счет подобной унификации процесса, различные электронные системы автомобилей, которых в машине может насчитываться до 10 штук, могут «понимать» друг друга. Если сообщение, отправленное по одному протоколу, надо конвертировать (преобразовать) в другой, то для этого имеются специальные шлюзы.

Бортовые системы электронного управления работой мотора или трансмиссии изначально монтировались на автомобиль заводом-изготовителем. Логистические компоненты (fleet management) довольно долго устанавливались сторонними организациями. Однако, на сегодняшний день, ведущие фирмы, такие как Scania или MAN, начали оборудовать стандартные версии своей техники и этими электронными системами автомобилей. Теперь передачу информации по беспроводной связи (GPS/GSM/WI-FI/RFID) о параметрах работы ТС на диспетчерский пункт обеспечивает Fleet management собственного производства.

Электронные системы автомобилей имеют достаточно большой расчетный срок службы. Он заметно превышает аналогичный показатель механических агрегатов и узлов и не зависит от пробега. Однако на практике продолжительность работы оказывается меньшей из-за воздействия влажности, вибрации и грязи. Если микропроцессоры выходят из строя, то качественную диагностику может выполнить только профессионал с необходимым оборудованием.

Нередко бывает так, что механики и водители не видят разницы между понятиями «электронный» и «электрический». К автоэлектрике относятся аккумуляторы, стартер, фары, электродвигатели для вентилятора и отопления, лампы накаливания, соединители, переключатели, проводка. Для управления ими в схему включаются электрические реле, которые срабатывают после определенного воздействия.

По мере усовершенствования транспортных средств, управление с помощью реле оказалось неэффективным. Вместо него появились устройства на микропроцессорах (ECU или ECM), с программным обеспечением и блоком памяти. Следующей ступенью развития бортовых электронных систем была их интеграция в единую управляющую систему.

После этого процесс стал выглядеть так. Например, во время переключения КПП, происходит обмен данными между ECU трансмиссии и ECU двигателя. В итоге мгновенно уменьшается крутящий момент, обеспечивая плавный переход на другую передачу.

Устройства разных изготовителей пользуются протоколами, от вида которых зависит степень интеграции. ECU двигателя получает команды от акселератора, датчиков температуры масла, антифриза, воздуха, турбокомпрессора, скорости. В результате топливная система моментально приспосабливается к изменившимся условиям и впрыскивает солярку в точно определенное время.

Благодаря этому, эффективность работы мотора увеличивается, а содержание вредных примесей в отработанных газах снижается. Кроме того, в памяти ECU двигателя хранятся параметры работы агрегата и коды неисправностей. После подключения микропроцессора к тестеру или ноутбуку, их можно считывать, для проведения точной диагностики.

ECU трансмиссии определяет момент изменения передаточных отношений. Этот микропроцессор тоже получает данные из разных источников: джойстика КПП, газовой педали, датчиков двигателя, скорости автомобиля и угловой скорости на выходном валу. В процессе «принятия решений» учитывается вес машины, мощность силового агрегата, вязкость и нагрев масла в КПП, коэффициент трения дисков сцепления. Результатом комплексной обработки полученных данных является последовательное и плавное переключение передач, благодаря чему экономится топливо.

ABS (антиблокировочная система) была разработана в 1975 году. Сегодня это штатное оборудование большинства современных автобусов и грузовиков. В ее задачи входит контроль скорости вращения колес при движении. Первые версии были ненадежными. Но алгоритмы и микропроцессоры все время совершенствовались, в результате чего на сегодняшний день ABS эффективно предотвращает блокировку после резкого нажатия на педаль тормоза. Это повышает управляемость ТС в критической ситуации. Система работает следующим образом. На каждом колесе есть датчик, посылающий информацию о скорости вращения на ECU ABS. Если значение данного параметра падает до нуля, ECU сигнализирует в тормозную систему о том, что надо снизить давление на тормозе этого колеса.

Давление сбрасывается, колесо начинает вращаться, ECU опять применяет торможение, после чего снова сбрасывает давление. Подобный цикличный процесс выполняется за очень малые промежутки времени и продолжается до полной остановки машины. Для повышения эффективности работы, ABS обменивается данными с системой контроля тяги (АТС).

Микроконтроллеры установлены даже на таких, казалось бы, «второстепенных» системах, как кондиционирование, вентиляция и отопление. Раньше, если в кабине было холодно, водитель просто нажимал на кнопку, чтобы включить печку. Становилось жарко - выключал ее или, опять-таки вручную, понижал степень нагрева. Сегодня комфортабельная температура в салоне поддерживается автоматически.

Этим занимается климат-контроль, который можно запрограммировать так, чтобы результаты отвечали потребностям водителя и пассажиров. Это более всего актуально в рефрижераторных фурах, внутри которых должна точно поддерживаться определенная температура. Единственный минус системы HVAC (Heating Ventilation Air-Conditioning) заключается в том, что ее диагностика пока еще достаточно трудоемкая.

Для объединения всех электронных систем автомобиля в единый комплекс предусмотрена мультиплексированная шина данных, которая заменяет несколько кабелей разного типа. Благодаря ей системы могут обмениваться друг с другом различной информацией. Они подключаются к шине по тому же принципу, как компьютеры в офисе присоединяются к локальной сети. Это еще одно важное отличие электроники от электрики, потому что в последнем случае от каждого устройства, фары или стартера, идет отдельный провод. Эти провода затем собираются в жгуты и выводятся на панель с управляющими реле.

Скорость движения и грузоподъемность ТС постоянно растет. Повышаются требования к безопасности движения, экологичности транспорта и комфорту работы водителя. Бортовые системы автомобилей - это незаменимые помощники, позволяющие современным грузовикам и автобусам соответствовать самым высоким стандартам.

Видео: Аренда спецтехники и услуги грузоперевозки без посредников!

При электронном управлении системами и агрегатами автомобиля с помощью электронных систем происходят следующие процессы:

преобразование химической энергии топлива в механическую энергию тяговой или тормозной мощности автомобиля;
управление эффективной мощностью двигателя за счет управления его рабочим процессом;
контроль величины эффективной мощности двигателя посредством анализа информации о частоте вращения коленчатого вала двигателя, его температурном и нагрузочном режиме (абсолютное давление во всасывающем трубопроводе или массовый расход топлива), составе смеси, режимах работы в зависимости от условий движения по транспортным магистралям;
управление с помощью обратных связей уровнем детонации и поддержанием стехиометрического состава смеси (с помощью датчиков детонации и ^-зонда) в бензиновых и газовых ДВС;
формирование сигналов, управляющих зажиганием, опережением впрыска дизельного топлива, цикловой подачей топлива, количеством отработавших газов для рециркуляции, улавливанием паров испаряющегося топлива, датчиками режимов ДВС и подачей топлива к дозирующей системе бензиновых и дизельных ДВС;
анализ работы датчиков и исполнительных механизмов с целью их диагностики;
преобразование команд управления водителя в изменение мощности двигателя, изменение траектории движения автомобиля;
управление скоростью движения автомобиля.

Двигатель как объект автоматического управления по входным параметрам вырабатывает управляемые характеристики (мощност-ные, экологические и динамические) двигателя внутреннего сгорания. Остальные агрегаты автомобиля выполняют функции обеспечения безопасности движения и комфортных условий для водителя и пассажиров в салонах автомобилей.

Входные параметры, измеряемые датчиками электронных систем управления, например угол открытия дроссельной заслонки ср др, угол опережения зажигания 0, цикловой расход топлива (7 Т и другие параметры, влияют на формирование протекания рабочего процесса двигателя и других агрегатов автомобиля. Значения входных параметров определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются управляющими.

Входные параметры датчиков характеризуют состояние двигателя, агрегатов и систем автомобиля в рабочих режимах (табл. 1.1).

Кроме входных управляющих параметров на двигатель и системы автомобиля 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), свойства топлива и масла, состояние дорожного полотна и т. д.

Для двигателей внутреннего сгорания, как и для других систем управления автомобиля, характерна периодическая повторяемость рабочих циклов и неустановившийся режим работы. Как объект управления они считаются нелинейными, так как реакция на сумму внешних воздействий не равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности. Учитывая, что ДВС и ЭСАУ в условиях городской езды работают на нестационарных режимах, возникает проблема оптимального управления ДВС, системами и агрегатами автомобиля.

Таблица 1.1. Погрешности датчиков ЭСАУ и устройств, определяющих параметры регулирования

Источник погрешности	Виды погрешностей
Источник погрешности	Погрешность преобразования	Максимальная погрешность квантирования
Датчик массового расхода воздуха
Датчик абсолютного давления во всасывающем патрубке
Датчик положения коленчатого вала ДВС
Датчик температуры охлаждающей жидкости
Датчик детонации
Системный таймер контроллера
Электромагнитная форсунка подачи топлива	±4 % статическая; ±6 % динамическая
Регулятор подачи дополнительного воздуха на всасывании
Угол опережения зажигания	(по коленчатому валу)

Возможность оптимального управления системами и агрегатами автомобиля на нестационарных режимах появилась с развитием электронных систем управления.

Из-за сложности конструкции ДВС и систем автомобиля, наличия допусков на их размеры по конструктивным параметрам (степень сжатия, геометрические параметры впускного и выпускного трактов и т. д.) отличаются и необходимые законы управления ими, что проявляется в потребности целого ряда датчиков.

Автомобильный двигатель представляет собой многомерный объект управления, так как число входных параметров у него больше единицы, и каждый входной параметр воздействует на два и более выходных управляющих воздействий. В таком случае система управления ДВС является многомерной.

Поскольку конструкции и технологии производства ДВС систем автомобиля носят установившийся характер, при поисках алгоритмов и законов управления рабочим процессом двигателей внутреннего сгорания и агрегатами автомобиля необходимо:

определить структуру системы с информационными, функциональными, логическими и алгоритмическими связями;
рассматривать агрегаты автомобиля как практически неизменяемые части системы;
рассматривать системы управления адекватными не статическим, а динамическим математическим моделям управления с обратными связями;
определить связи потоков информации от датчиков как единую систему обмена данными с другими электронными системами автомобиля. Например, использование информации датчика скорости движения автомобиля как единую информацию для всех управляющих и информационных систем.

На рис. 1.1 представлен один из вариантов математической модели бензинового ДВС с микропроцессорной системой управления зажиганием и топливоподачей с нейтрализацией отработавших газов трехкомпонентным нейтрализатором.

Алгоритм калибровки управления такой микропроцессорной системы по математической модели двигателя (см. рис. 1.1) имеет следующие шаги:

выбор исходной комплектации двигателя (в данном случае это система зажигания, система впрыскивания топлива, датчики и исполнительные механизмы);
определение модели двигателя с проверкой ее адекватности путем экспериментального определения ее параметров. Эти процедуры выполняют на автоматизированных испытательных (нагрузочных) стендах и беговых барабанах по ездовым циклам (ЕЦ);
расчет режимов работы ДВС при выполнении ЕЦ с определением «опорных точек» матрицы управления, которые должны быть заложены в ППЗУ контроллера управления. Основными параметрами являются углы опережения зажигания, цикловая подача топлива в зависимости от циклового расхода всасываемого воздуха или положения дроссельной заслонки, температур охлаждающей жидкости, масла, всасываемого воздуха и т. д.;

Рис. 1.1.

/ - контроллер управления ДВС; 2 - блок впрыскивания топлива; 3 - сигнал датчика давления на всасывании Р к (нагрузки ДВС); 4 - дроссельная заслонка во всасывающем патрубке ДВС; 5- цикловая подача топлива (расход топлива) и воздуха (расход воздуха) С" и С 1 ,); 6 - система зажигания; 7 - параметры индикаторного и рабочего процесса ДВС (параметры математической модели ДВС): Г|, - индикаторный кпд; РI - индикаторное давление; Р мп - давление механических потерь; Р е -эффективное давление; / пр - передаточное отношение коробки передач; со - угловая скорость коленчатого вала; п - частота вращения коленчатого вала ДВС; Т ог - температура отработавших газов; 0 2 - концентрация кислорода; М е - эффективный крутящий момент ДВС; 7ог - температура датчика кислорода; 9 - параметры нагрузки ДВС; 10 - выпускной тракт двигателя; 11 - датчик

кислорода в ОГ; 12 - нейтрализатор ОГ

расчет оптимального управления с ограничениями по токсичности ОГ на режимах ездового цикла по минимуму функций Лагранжа;
формирование поверхности управления для зоны ездовых циклов;
расчетная оценка достигнутого уровня показателей. В случае эффективности управления проводится оптимизация управления, а в случае отсутствия эффективности расчет возобновляется с предыдущих этапов;
расчетное определение оптимального управления без ограничений по токсичности ОГ вне зоны ездовых циклов с целью получения поверхности регулировок с минимумом расхода топлива и оптимальной динамикой двигателя;
формирование базовой матрицы управления зажиганием и впрыскиванием топлива.

Полученные значения «опорных точек» управления закладывают в постоянную программируемую память (ППЗУ) контроллера управления ЭСАУ с учетом технологических допусков на детонационную стойкость топлива и городской езды (интенсивность).

Особое значение при разработке программного обеспечения контроллера ЭСАУ имеет статическая и динамическая погрешности датчиков, а также и исполнительных устройств. В табл. 1.1 представлены погрешности основных датчиков и исполнительных устройств на примере микропроцессорной системы управления бензиновым ДВС. Эти значения погрешностей измерения параметров окружающей среды и режимов работы ДВС получены в результате большого количества испытаний, в том числе на неустановившихся режимах работы автомобиля.

С появлением встроенной в контроллер управления системы самодиагностики датчиков, исполнительных устройств и программы регулирования алгоритмы управления комплексных систем автомобилей еше более усложнились. Применение линии связи CAN всех систем управления автомобиля позволили использовать информацию датчиков других систем автоматики и тем самым связать линиями обмена информацией все системы электроники для обеспечения, в том числе комфорта в салоне и управляемости автомобилей при сложных дорожных условиях. Особое значение приобрел обмен информацией по линиям связи CAN с появлением на транспортных средствах комбинированных силовых установок, которые позволили сократить расход топлива и снизить токсичность ОГ в условиях интенсивного городского движения.

Устройство ЭСАУ двигателем.

Ведущий производитель систем впрыска фирма Bosch.

Системы L-Jetronic - это система распределенного нефазированного впрыска топлива рис. 6.3. Она состоит из: 1 - топливный бак; 2 - 3 - топливный. фильтр; 4 - 5- форсунка; 6 - топливная рампа с регулятором давления топлива; 7- впускной трубопровод; 8- клапан холодного пуска; 9-датчик положения дроссельной заслонки; 10- датчик расхода воздуха; 11 - датчик кислорода (λ-зонд); 12 - термореле; 13 - 14 - 15- регулятор добавочного воздуха (регулятор холостого хода); 16 -аккумуляторная батарея; 17- выключатель зажигания.

Топливо из бензобака 1 насосом 2 через фильтр 3 подается под давлением 250 кПа в топливную рампу и распределяется по форсункам 5 . На конце топливной рампы расположен регулятор давления поддерживающий разность давления в рампе и впускном коллекторе на уровне 0,5 атм. Т.о, количество подаваемого топлива определяется длительностью открытия форсунки. Остатки топлива возвращаются в бак по сливной магистрали. В БУ 4 поступают сигналы от датчика расхода воздуха 10, датчика положения дроссельной заслонки 9 по которым определяет нагрузка двигателя. Датчик положения дроссельной заслонки позволяет различать режим ХХ и полной нагрузки. Информация о частоте вращения КВ двигателя поступает от датчика-распределителя системы зажигания. Для обогащения смеси при пуске холодного двигателя используется клапан холодного пуска 8, который управляется термореле 12. Термореле обеспечивает 8 с работы клапана при температуре -20°С. Датчик температуры двигателя 13 подключенный к БУ позволяет обогащать смесь на режиме прогрева двигателя.

Управление частотой вращения на режиме ХХ осуществляется регулятором добавочного воздуха 15 с заслонкой управляемой биметаллической пластиной. Для корректировки качества рабочей смеси используется датчик кислорода 11.

Система L3-Jetronic (рис.6.4) является модификацией представленной системы. Отличие от L-Jetronic - БУ выполненный в одном корпусе с датчиком расхода воздуха и расположенный в моторном отсеке.

Конфигурация системы: 1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 - форсунка; 5 - топливная рампа; 6 - регулятор давления топлива; 7- впускной трубопровод; 8 - датчик положения дроссельной заслонки; 9- датчик расхода воздуха; 10- электронный блок управления; 11 - 12 - датчик температуры двигателя; 13 - датчик-распределитель системы зажигания; 14 - регулятор добавочного воздуха (регулятор холостого хода); 15- аккумуляторная батарея; 16- выключатель зажигания

В системе используется алгоритмы диагностики датчиков и «усеченного» режима работы. В системе отсутствует клапан холодного пуска. Обогащение смеси при пуске холодного двигателя осуществляется увеличением подачи топлива через основные форсунки.

Система LH-Jetronic (рис.6.5). Нагрузка двигателя определяется датчиком массового расхода воздуха термоанемометрического типа. В отличие от датчика системы L-Jetronic, определяющего объем проходящего воздуха этот датчик определяет непосредственно массу воздуха, и не требует дополнительной корректировки по его плотности.

Рис. 6.5. Система LH-Jetronic:

Система представляет собой: 1 - топливный бак; 2- электрический топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 5 -форсунка; 6 - топливная рампа; 7 8- впускной трубопровод; 9-датчик положения дроссельной заслонки; 10 -датчик массового расхода воздуха; 11- датчик кислорода (λ - зонд); 12 - датчик температуры двигателя; 13 -датчик-распределитель системы зажигания; 14 - поворотный регулятор холостого хода; 15- аккумуляторная батарея; 16- выключатель зажигания

Для регулировки частоты вращения коленчатого вала на ХХ в системе LH-Jetronic используется поворотный клапан с приводом от реверсивного электродвигателя (трехпроводной). БУ периодически переключает направление вращения электродвигателя, что предотвращает заброс клапана в любую из крайних позиций. Требуемое положение клапана регулируется изменением соотношения времени включения электродвигателя в различных направлениях.

Система KE-Jetronic (рис.6.6), является прототипом гидромеханической системы K-Jetronic, дополненной ЭБУ и датчиком кислорода. Система включает в себя: 1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - топливный аккумулятор; 4 - топливный фильтр; 5 - регулятор начального давления; 6 - форсунка; 7 - впускной трубопровод; 8- клапан холодного пуска; 9 -дозатор-распределитель топлива; 10- датчик расхода воздуха; 11 - электрогидравлическое управляющее устройство; 12- датчик кислорода (λ -зонд); 13- термореле; 14 - датчик температуры двигателя; 15 - датчик-распределитель системы зажигания; 16- регулятор добавочного воздуха (регулятор холостого хода); 17- электронный блок управления; 18 - датчик положения дроссельной заслонки; 19 - аккумуляторная батарея; 20- выключатель зажигания.

В БУ поступают сигналы о положении паруса расходомера, крайних положениях дроссельной заслонки, частоте вращения двигателя, температуре охлаждающей жидкости и содержании кислорода в отработавших газах. Воздействие БУ на состав рабочей смеси осуществляется с помощью электрогидравлического управляющего устройства закрепленного на дозаторе-распределителе топлива (рис. 6.7, где: 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; 8- нижняя камера дифференциального клапана; 9 - диафрагма; 10 - регулятор давления; 11 - управляющая пластина; 12 - выпускной канал; 13 - электромагнит; 14 - воздушный зазор). Так для обогащения смеси по сигналу от БУ управляющая пластина 11 закрывает выпускной канал 12 тем самым, снижая давление в нижних камерах дифференциального клапана 8. Мембраны 9 прогибаются вниз, и количество топлива поступающего к форсункам 4 увеличивается. Управляющее устройство сконструировано таким образом, что при выходе из строя цепи электромагнита будет обеспечиваться стехиометрический состав смеси и двигатель сохранит работоспособность.

Система центрального впрыска Mono-Jetronic.

Cистема имеет одну форсунку, расположенную перед дроссельной заслонкой, рис.6.8,где 1 - топливный бак; 2 - топливный насос; 3 - фильтр; 4 - регулятор давления топлива; 5 - форсунка; 6 - датчик температуры воздуха; 7 - электронный блок управления; 8 - ЭП дроссельной заслонки (регулятор ХХ); 9 - потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки; 10 - клапан продувки адсорбера; 11 - угольный адсорбер; 12- датчик кислорода (λ - 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.

Качество смеси задается длительностью импульса открытия форсунки. Топливо подается под более низким давлением, нежели в описанных системах - 0,1 МПа. Измерения расхода воздуха система не производит. Количество топлива вычисляется:

· по положению дроссельной заслонки;

· частоте вращения КВ.

ЭБУ обрабатывает информацию от датчика положения дроссельной заслонки, датчика-распределителя системы зажигания, датчиков температуры воздуха и ОЖ, а также датчика кислорода.

Топливно-воздушная смесь обогащается при холодном пуске и прогреве двигателя увеличением длительности цикла топливоподачи. Минимальная частота вращения в режиме ХХ поддерживается путем изменения положения дроссельной заслонки с помощью шагового электродвигателя.

При средних нагрузках и прогретом двигателе подача топлива корректируется обратной связью по датчику кислорода.

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 ХХ система работает по общепринятой схеме.

Для ограничения выделения углеводородов (СН) из топливного бака в используется система улавливания паров бензина, к которой относятся емкость с активированным углем - адсорбер 11 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.

Комплексные системы управления двигателем, Motronic.

Основная функция всех систем Motronic - согласованное управление зажиганием и впрыском топлива. Система обеспечивает:

Регулировку частоты вращения холостого хода;

Поддержание стехиометрического состава смесипо сигналу датчика кислорода;

Управление системой улавливания паров топлива;

Регулирование угла опережения зажигания посигналу датчика детонации;

Рециркуляцию отработавшихгазов для снижения эмиссии оксидов азота (NO x);

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 поддерживает работу БУ других систем автомобиля. Взаимодействуя с АБС и противобуксовочной (ПБС) системами Motronic создает повышенную безопасность при езде.

Система ME-Motronic

ME-Motronic (рис.6.9) сочетает в себе систему распределенного фазированного впрыска топлива в зону впускных клапанов и систему зажигания с низковольтным распределением и индивидуальными катушками. Конструкция: 1 - угольный адсорбер; 2 - отключающий клапан; 3 - клапан продувки адсорбера; 4 - датчик давления во впускном коллекторе; 5 - топливная рампа с форсунками; 6 - свеча зажигания с индивидуальной катушкой; 7 - фазовый дискриминатор; 8- насос вторичного воздуха; 9 - клапан вторичного воздуха; 10 - пленочный датчик массового расхода воздуха; 11- модуль дроссельной заслонки; 12 - клапан рециркуляции; 1 3- датчик детонации; 14 - 15 - датчик температуры двигателя; 16 - датчик кислорода (λ - 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.

Частота вращения КВ и синхронизация системы определяется по сигналу индукционного датчика положения КВ 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 .

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.

Используется два датчика кислорода 1,. установка датчика после нейтрализатора повышает надежность работы обратной связи по содержанию кислорода, так как этот датчик лучше, защищен от загрязнения отработавшими газами. Наличие второго датчика позволяет системе проводить самодиагностику основного датчика стоящего перед нейтрализатором.

БУ имеет интерфейс последовательной передачи данных (CAN) для взаимодействия с БУ других систем автомобиля.

Система непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя MED-Motronic рис.6.10, где: 1 -топливо под высоким давлением; 2- топливная рейка (аккумулятору давления); 3 - форсунка; 4 - свеча зажигания с индивидуальной катушкой; 5 - фазовый дискриминатор; 6 - датчик давления топлива; 7 - датчик детонации; 8- датчик положения коленчатого вала; 9 -датчик температуры двигателя; 10 -датчик кислорода (перед катализатором); 11 - трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; 12 - датчик температуры выхлопных газов; 13- NО х каталитический нейтрализатор; 14- датчик кислорода (после нейтрализатора)). В сравнении с традиционными системами впрыска бензиновых двигателей, системы непосредственного впрыска позволяют снизить расход топлива до 20% и уменьшить выбросы оксидов углерода.

Топливо непосредственно впрыскивается в цилиндр в любой момент времени с помощью электромагнитных форсунок.

Масса воздуха может свободно регулироваться с помощью электронного модуля дроссельной заслонки. Точное измерение массы всасываемого воздуха выполняется с помощью пленочного датчика расхода воздуха.

Состав топливо-воздушной смеси контролируется датчиками кислорода в выпускной системе, расположенными перед и после каталитического нейтрализатора.

Топливоподкачивающий насос и регулятор давления, расположенные в бензобаке, обеспечивают подачу топлива под давлением 0,35 МПа к насосу высокого давления увеличивающего давление с 0,35 МПа до 12 МПа, после чего топливо поступает в топливную рампу. На топливной рампе расположен регулятор давления, который поддерживает давление в системе во всем диапазоне работы двигателя независимо от количества впрыскиваемого топлива и производительности насоса.

Давление топлива измеряется датчиком, предоставляющим собой сварную диафрагму из высококачественной стали с тензорезисторами.

Форсунки высокого давления подсоединяются непосредственно к рампе, время начала впрыска и количество топлива определяются сигналами от БУ.

Низкое потребление топлива и высокая мощность двигателя достигаются путем организации работы в:

Ø режиме малой нагрузки . При повышении нагрузки увеличивается количество впрыскиваемого топлива, облако смеси становится более богатым, что вызвает увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах, особенно сажи. Поэтому на высоких нагрузках двигатель переводится на работу на гомогенной смеси;

Ø режиме высокой нагрузки . Во время перехода между этими режимами для стабилизации момента необходимо контролировать количество впрыскиваемого топлива, поступающего воздуха и угол опережения зажигания, используется электроуправляемая дроссельная заслонка, как и в ME-Motronic.

Особенностью системы непосредственного впрыска является образование оксидов азота (NO x), для уменьшения NO x в выхлопе используется каталитический нейтрализатор аккумулирующего действия.

Электробензонасосы

Электробензонасос постоянно нагнетает топливо из топливного бака. Он может быть встроен непосредственно в топливный бак (погружной) или расположен снаружи (магистральный).

Применяемые в настоящее время погружные насосы (рис. 6.19 и 6.20) смонтированы в баке вместе с датчиком уровня топлива и завихрителем, служащим для отделения пузырьков пара в сливном канале. двухступенчатый электробензонасос с шестернями внутреннего зацепления, у которого: 1 - первая ступень (секция с боковым каналом); 2- главная ступень (шестерни внутреннего зацепления; 3 - якорь; 4 - коллектор; 5 - обратный клапан; 6 – штекер. А на рис. 6.20 изображен вухступенчатый электробензонасос периферийного нагнетания, состоящего из: 1 - всасывающая крышка со штуцером; 2- крыльчатка; 3 - первая ступень(секция с боковым каналом); 4- главная ступень (с периферийным нагнетанием); 5 - корпус; 6 - якорь; 7 - обратный клапан; 8- крышка подключения со штуцером. Во избежание перегрева при применении магистральных насосов, в топливный бак может быть встроен насос подкачки, который подает топливо к главному насосу под малым давлением.

Для обеспечения требуемого давления на любых режимах, к двигателю подается значительно больше топлива, чем он максимально расходует. Включение электробензонасоса осуществляется по сигналу от БУ двигателя.

Электробензонасосы состоят из насосной части, электродвигателя постоянного тока и крышки подключения.

Электродвигатель и насосная часть электробензонасоса имеют общий корпус и постоянно омываются топливом. Это благоприятно сказывается на охлаждении электродвигателя. Отсутствие кислорода в корпусе исключает возможность образования взрывоопасной смеси. В крышке подключения смонтированы электрические контакты, обратный клапан, нагнетательный и сливной штуцеры. Обратный клапан определенное время сохраняет давление в системе после отключения электробензонасоса во избежание образования паровых пробок. Дополнительно в крышке подключения может быть установлено помехоподавительное устройство.

В зависимости от требований к системам применяются насосы различных принципов действия (рис. 6.21, а - роликовый насос; б - периферийный насос; в - шестеренныйнасосвнутреннего зацепления; г - насос с боковым каналом).

Объемные насосы. Роликовые насосы и шестеренчатые насосы внутреннего зацепления относятся к группе объемных насосов.

Действие насоса состоит в том, что вращающиеся камеры меняющейся величины открывают впускной канал и за счет увеличения камеры засасывают топливо. Когда достигается максимальное заполнение, впускной канал закрывается и открывается нагнетательный канал. Посредством уменьшения камер топливо выталкивается. В роликовых насосах камеры образуются за счет вращающихся роликов, находящихся в сепараторе. Под влиянием центробежной силы и топливного давления они прижимаются к эксцентрической поверхности статора. Эксцентриситет между сепаратором и статором обуславливает увеличение и уменьшение объема камер.

Шестеренчатый насос внутреннего зацепления состоит из одной внутренней приводной шестерни, находящейся в зацеплении с эксцентрично установленным ротором, который имеет на один зуб больше. Боковые стороны зуба при вращении образуют в своих промежутках меняющиеся камеры. Роликовые насосы могут применяться при давлении топлива до 650 кПа, шестеренчатый насос внутреннего зацепления до 400 кПа, что вполне достаточно для использования в системах впрыска топлива во впускной трубопровод.

Лопастные насосы. К лопастным насосам относятся периферийные и насосы с боковым каналом. В них топливо ускоряется лопастями крыльчатки и вытесняется в один канал. Периферийные насосы отличаются от насосов с боковым каналом большим количеством лопастей, формой крыльчатки и наличием распределенных по окружности каналов. Периферийные насосы могут создать давление топлива только до 300 кПа, но они отличаются малошумной работой и находят свое применение благодаря непрерывному, практически не пульсирующему течению топлива. Насосами с боковым каналом создается давление только до 100 кПа. Их применяют как подкачивающие насосы в системах с магистральным насосом и как первую ступень при двухступенчатых погружных насосах в автомобилях с проблемами горячего пуска, а также в системах с одноточечным впрыском.

Электроуправляемые форсунки

При распределенном впрыске бензина каждый цилиндр двигателя имеет электромагнитную форсунку. Она впрыскивает топливо строго дозированно и в определяемый блоком управления момент времени непосредственно перед впускным (ыми) клапаном (нами) цилиндра. Электромагнитная форсунка имеет клапанную иглу с насаженным магнитным сердечником (рис. 6.22 и 6.23). Она очень точно прилегает к корпусу распылителя. Спиральная пружина прижимает клапанную иглу в спокойном состоянии к уплотнительному седлу корпуса распылителя и закрывает, таким образом, выходное топливное отверстие во впускной трубопровод двигателя.

Как только блок управления подключает обмотку форсунки, сердечник с клапанной иглой поднимается на 60...100 мкм, вследствие чего топливо впрыскивается через калиброванное отверстие.

В зависимости от способа впрыска, частоты вращения и нагрузки двигателя время включения составляет 1,5...18 мс при частоте срабатывания 3...125 Гц.

В зависимости от особенностей системы имеются различные типы форсунок.

Форсунка с верхним подводом топлива. В такой форсунке топливо подается сверху по ее вертикальной оси. Верхний конец форсунки вставляется в соответствующей формы отверстие топливной рампы, нижний - во впускной трубопровод двигателя. Форсунка притягивается пружинным фиксатором к топливной рампе. Уплотнение обеспечивается резиновыми кольцами.

Форсунка с боковым подводом топлива. Встроенная в топливную рампу форсунка такого типа омывается топливом. Подвод топлива осуществляется сбоку. Топливная рампа монтируется непосредственно на впускном коллекторе. Форсунка крепится прижимом или крышкой топливной рампы, в которой может располагаться также и электрический разъем. Два уплотнительных кольца предотвращают утечку топлива. Наряду с хорошими характеристиками горячего пуска и работы за счет охлаждения топливом, конструкция модуля, состоящего из топливной рампы и форсунок, отличается меньшей высотой.

По способу дозирования различают форсунки с кольцевым, однодырчатым и многодырчатым распылением (рис. 6.24, где: 1 - распылитель с кольцевым каналом; 2- однодырчатый распылитель; 3 - многодырчатый распылитель; 4 - многодырчатый двухфакельный распылитель).

Для оптимизации топливоподачи на двигателях с двумя впускными клапанами используется многодырчатый двухфакельный распылитель.

При выборе типа топливного дозирования учитывается требование наименьшего образования пленки на стенках впускного канала при хорошей однородности топливовоздушной смеси. Форсунки с обтеканием воздухом позволяют добиться дальнейшего улучшения смесеобразования. С этой целью воздух из впускной трубы перед дроссельной заслонкой всасывается со звуковой скоростью через калиброванную щель прямо у шайбы распылителя. Благодаря молекулярному взаимодействию топлива и воздуха топливо очень мелко распыляется.

Форсунки непосредственного впрыска. В ЭСУ топливо-подачей для организации непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя используются форсунки с электромагнитным или пьезоэлектрическим приводом. Конструкция электромагнитной форсунки системы топливоподачи для дизельных двигателей Common Rail фирмы Bosch представлена на рис. 6.25. Она состоит из: 1- сливной штуцер; 2 – разъем; 3 – электромагнит; 4 – резьбовой штуцер; 5 – клапан; 6 - сливное отверстие; 7 – жиклер; 8 – управляющая камера; 9 – плунжер; 10 – топливный канал; 11 – запорная игла. Топливо под давлением 1350 кПа подается к резьбовому штуцеру 4, откуда поступает к распылителю через канал 10 и в управляющую камеру 8 через жиклер 7 . Управляющая камера соединена со сливным штуцером 1 через отверстие 6, закрываемое электромагнитным клапаном 5. При закрытом сливном отверстии к плунжеру 9 приложена гидравлическая сила, прижимающая иглу 11 к седлу.

Открытие электромагнитного клапана приводит к уменьшению давления в управляющей камере 8, поднятию плунжера 9 под действием давления со стороны распылителя и впрыску топлива в цилиндр. При отключении электромагнита 3 сливное отверстия закрывается под действием возвратной пружины. Давление в управляющей камере повышается, и форсунка переходит в закрытое состояние. Применение электрогидравлического управления обусловлено необходимостью создания значительного усилия для быстрого открытия форсунки.

В системе Common Rail третьего поколения используются пьезофорсунки нового образца. Расположение пьезоэлемента в непосредственной близости к игле форсунки позволило увеличить скорость ее срабатывания, снизить массу и число подвижных деталей. Развитие систем непосредственного впрыска направлено на организацию ступенчатого открытия форсунки в зависимости от режима работы двигателя.

Исполнительные механизмы управления частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу

Регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу в ЭСАУ бензиновых двигателей осуществляется подачей дополнительного воздуха в обход дроссельной заслонки или управление ее положением.

В первом случае небольшое количество воздуха направляется во впускной коллектор в обход дроссельной заслонки. В этом канале устанавливается клапан регулировки оборотов холостого хода. При изменении количества воздуха, проходящего через клапан, частота вращения коленчатого вала также изменяется.

В системах К, L-Jetronic фирмы Bosch количество добавочного воздуха регулировалось заслонкой, управляемой биметаллической пластиной (рис. 6.26, где: 1 - разъем; 2- электронагревательный элемент; 3 - биметаллическая пластина; 4 - заслонка). Впоследствии стал применяться трехпроводной клапан регулировки холостого хода (рис. 6.27) Электродвигатель клапана вращается по или против часовой стрелки в зависимости от подключенной обмотки. БУ периодически переключает направление вращения двигателя, что предотвращает перемещение клапана в любое из крайних положений. Изменяя соотношение времени включения одной или другой цепи, БУ может установить клапан в любое требуемое положение.

В некоторых модификациях систем впрыска используется двухпроводной клапан управляемый электромагнитом с возвратной пружиной.

БУ подает на электромагнит клапана управляющие импульсы напряжения с постоянной частотой (около 110 Гц). При включении электромагнит преодолевает усилие пружины и открывает клапан. Время открытого состояния клапана определяется скважностью импульса (т.е. относительным временем подачи напряжения). Чем больше скважность импульсов, тем большее количество воздуха пройдет через клапан. При неисправности электромагнита клапан останется в закрытом положении. Даже при полностью закрытом клапане, через него проходит небольшое количество воздуха для обеспечения базовой частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода.

В современных системах для управления холостым ходом используются шаговые электродвигатели. Шаговый электродвигатель может использоваться для открытия-закрытия клапана, регулирующего поступление воздуха во впускной коллектор или ступенчатого перемещения дроссельной заслонки.

На рис. 6.28 представлен регулятор холостого хода с шаговым электродвигателем (а ) и схема его работы (б ). Он состоит: 1- клапан; 2, 3- обмотки шагового электродвигателя; 4 - ротор шагового электродвигателя; 5- пружина; 6 - РХХ; 7 - дроссельный патрубок;5 -дроссельная заслонка; 9- клапан; 10- разъем; А - поступающий воздух.

На статоре электродвигателя размещены обмотки, имеющие четыре выхода. В продольных пазах ротора установлены постоянные магниты с чередующимся расположением полюсов. Управление двигателем ведется с помощью электрических импульсов различной полярности подаваемых на обмотки в определенной последовательности. Винтовая передача преобразует вращение вала в поступательное движение клапана.

Датчики для определения нагрузки двигателя

Одной из основных величин для расчета цикловой подачи топлива и угла опережения зажигания является нагрузка двигателя;

Для определения нагрузки двигателя используются следующие чувствительные элементы:

Датчик количества воздуха;

Нитевой датчик массового расхода воздуха;

Пленочный датчик массового расхода воздуха;

Датчик давления во впускной трубе;

Датчик положения дроссельной заслонки.

Датчик количества воздуха. Датчик устанавливается между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой и производит измерение объема воздуха (м 3 /ч), поступающего в двигатель (рис. 6.29, где: 1 - дроссельная заслонка; 2- датчик расхода воздуха; 3- сигнал терморезистора; 4 - блок управления; 5- сигнал потенциометра; 6- воздушный фильтр. q l - поступающий воздух; α - угол отклонения заслонки). Проходящий поток воздуха отклоняет заслонку, противодействуя постоянной силе возвратной пружины. Угловое положение заслонки регистрируется потенциометром. Напряжение с него передается на блок управления, где производится его сравнение с питающим напряжением потенциометра. Это отношение напряжений является мерой для поступающего в двигатель объема воздуха. Определение отношений напряжений в блоке управления исключает влияние износа и температурных характеристик сопротивлений потенциометра на точность. Чтобы пульсации проходящего воздуха не вели к колебательным движениям воздушной заслонки, она стабилизируется противовесной заслонкой. С целью учета изменения плотности поступающего воздуха при изменении температуры датчик расхода оснащен терморезистором.

По сопротивлению терморезистора проводится корректировка показаний датчика. Датчик количества воздуха долгое время был составной частью большинства систем Motronic и Jetronic, выпускаемых серийно. Согласно современным требованиям показания датчика расхода воздуха не должны зависеть от атмосферного давления, температуры пульсаций и обратного потока воздуха, возникающих при работе двигателя. Поэтому в настоящее время датчик количества воздуха с заслонкой заменен более совершенными датчиками массового расхода воздуха.

Датчики массового расхода воздуха. Датчиками массового расхода воздуха называют нитевые или пленочные термоанемометрические датчики. Они устанавливаются между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой и измеряют массу воздуха, поступающего в двигатель (кг/ч). Принцип действия обоих датчиков одинаков. В потоке поступающего воздуха находится электрически нагреваемое тело, которое охлаждается воздушным потоком.

Схема регулирования тока нагрева рассчитана таким образом, что всегда имеется положительная разность температуры измерительного тела относительно проходящего воздуха. В данном случае ток нагрева является мерой для массы воздушного потока. При таком методе измерения производится учет плотности воздуха, так как она также определяет величину теплоотдачи нагреваемого тела. Отсутствие в датчике подвижных частей делает его более надежным.

Нитевой датчик массового расхода воздуха. У данного датчика нагреваемым элементом является платиновая нить толщиной 70 мкм. Для учета температуры поступающего воздуха производится ее измерение встроенным компенсационным терморезистором. Нагреваемая нить и терморезистор включены в мостовую схему. Рис. 6.30 – отражает компоненты нитевого датчика массового расхода воздуха: 1 - компенсационный терморезистор; 2- кольцо с нагреваемой нитью; 3 - прецизионный резистор; Q м - поступающий воздух. Рис. 6. 31 – мостовая схема нитевого датчика массового расхода воздуха: R н - нагреваемая нить; R к - компенсационный терморезистор; R м - прецизионный резистор; R 1 , R 2 - балансировочные резисторы; (U м - выходное напряжение; Q м - поток воздуха. Нитевой датчик массового расхода воздуха приведен на рис. 6.32, где: 1 – электронный модуль; 2 – крышка; 3 – металлическая вставка; 4 – внутренняя труба с нагреваемой нитью; 5 – кожух; 6 – защитная решетка; 7 – стопорное кольцо. Ток нагрева образует на прецизионном резисторе падение напряжения, пропорциональное массе проходящего воздуха. С целью предупреждения дрейфа за счет отложения загрязнений на платиновой нити после отключения двигателя осуществляется ее нагрев «прожиг» в течение нескольких секунд до температуры, ведущей к испарению или осыпанию отложений и тем самым ее очистке.

Пленочный датчик массового расхода воздуха. У такого датчика нагреваемым элементом является пленочный платиновый резистор, который находится вместе с другими элементами мостовой схемы на керамической подложке. Рис. 6.33. - пленочный датчик массового расхода воздуха: а – корпус; б – чувствительный элемент с нагреваемой пленкой (смонтирован в центре корпуса); 1 – радиатор; 2 – промежуточная деталь; 3 - силовой блок; 4 – электронный модуль; 5 - чувствительный элемент.

Рис. 6.34 - чувствительный элемент с нагреваемой пленкой: 1 – керамическая подложка; 2 – паз; R к – компенсационный терморезистор; R 1 – резистор моста; R Н – нагреваемый резистор; R S – терморезистор.

Рис. 6.35 - . Схема пленочного датчика массового расхода воздуха: R к - компенсационный терморезистор; R н - нагреваемый резистор; R 1 , R 2 , R 3 - резисторы моста; U м - выходное напряжение; I н - ток нагрева; t L - температура воздуха; Q м - поток воздуха.

Температура нагреваемого элемента измеряется терморезистором, который включен в мостовую схему. Раздельное исполнение нагревательного элемента и терморезистора удобно для организации управления. Для измерения температуры воздуха используется компенсационный терморезистор, также расположенный на подложке, но отделенный канавкой. Напряжение на нагреваемом элементе является мерой для массы воздушного потока. Это напряжение преобразовывается электронной схемой изм

Применение электронных систем автоматического управления (ЭСАУ двигателем, трансмиссией, ходовой частью и дополнительным оборудованием) позволяет:

снизить расход топлива;

токсичность отработавших газов,

повысить мощность двигателя,

активную безопасность автомобиля,

улучшить условия труда водителя.

Соблюдение требований ограничивающих токсичность отработавших газов и расход топлива требует поддержания стехиометрического состава горючей смеси, отключения подачи топлива на режиме принудительного ХХ, точного и оптимального регулирования момента зажигания или впрыска топлива.

Выполнения этих требований невозможность без использования ЭСАУ.

Применяемые ЭСАУ двигателем включают системы управления:

топливоподачей,

зажиганием (в бензиновых двигателях),

клапанами цилиндров,

рециркуляцией отработавших газов.

Наибольшее распространение получили первые две системы.

Системы управления клапанами применяются для отключения группы цилиндров с целью экономии топлива и для регулирования фаз газораспределения. Системы управления рециркуляцией отработавших газов обеспечивают возврат во впускной трубопровод потребного количества отработавших газов для смешивания их со свежей горючей смесью.

ЭСАУ облегчает пуск холодного двигателя, уменьшает время прогрева перед движения.

Антиблокировочные системы позволяют уменьшить в 2 раза тормозной путь на скользкой дороге, исключая возникновения заноса.

6.2. Электронное управление двигателем

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.

Наибольшее распространение получили системы впрыска во впускной трубопровод. Они разделяются на системы с впрыском в зону впускных клапанов и с центральным впрыском (рис. 6.1, где: 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. На рис. 6.2 представлена обобщенная регулировочная характеристика бензинового двигателя по составу смеси.

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 (λ-зондом). Наличие информации о содержании кислорода в отработавших газах позволяет поддерживать коэффициент избытка воздуха а (λ) близким к 1. При управлении топливоподачей по ОС БУ первоначально определяет длительность импульсов по данным датчиков нагрузки и частоты вращения КВ 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.

Современные ЭСАУ топливоподачей бензиновых двигателей имеют функцию самодиагностики. БУ проверяет работу датчиков и исполнительных устройств и идентифицируют неисправности. При обнаружении неисправности БУ заносит в память соответствующий код и включает аварийную лампу CHECK ENGINE на панели приборов.

Диагностический прибор позволяет получать информацию от БУ:

считывать коды неисправностей;

определять текущие значения параметров двигателя,

активизировать исполнительные механизмы.

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.

При 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.