Объединенное управление зажиганием и подачей топлива
Введение
Поскольку наряду с требованиями повышения качества работы двигателя сохраняются и требования пэ снижению вредных выбросов, инженеры постоянно исследуют все возможности управления двигателем. Контроль выбросов станочнтся даже более важным, так как с каждым голого растет вероятность включения в будушнё инструкции но регули рованию выбросов лаже эмиссии умскисло- го газа. В этот раздел включены некоторые из существующих и потенциальных областей управления работой двигателя. Хотя некоторые из общих воироюа управления двигателем были раскрыты в двух предыдущих главах, в данной главе подробнее раскрыты дополнительные аспекты управления и метод»! регулирования двигателей. Вот некоторые из главных проблем:
момент зажигания смсси;
угол активации;
дозирование топлива;
рециркуляция выхлопного газа {«hast gas ге- sureulation - EGR);
очистка топливного бака;
скорость холостого хода.
Рис. 10.1. Представление контура управления двигателем в виде стандартной функциональной системы
Система оптимального управления двигателем может быть представлена стандартной трехкаскадной моделью, покпзанной на рис. 10.1. На рисунке показана обратная связь замкнутого контура управления, которая присуща системам регулирования, учтггмпаипким такие факторы, как:
лямбда-показатель;
детонацию;
частоту прткеиия двигателя.
На рис. 10.2 показана блок-схема расширенной системы управления двигателем. Ряды «входов» и «выходов» помогают хорошо представить всю сложность системы. Данный раздел можно рассматривать как продолжение обзора некоторых менее известных «входов» и «выходов*.
Изменяемый впускной тракт
Достижение максимальной эффективности невозможно на двигателях с постоянными трактами.
Рис. 10.3. Впускной тракт коллектора с вменяемой длиной: А -длинный зраки В - короткий тракг
Длина впускного тракта определяет скороегь всасываемого воздуха и. в частности, распространение волн давления, вызываемых насосным действием ннлнплров. Эти постоянно возникающие полны можно исполтоовать, чтобы улучшить скоростной напор смеси, когда она входит в шишвдр, «о только в том случае, сап и волны совпадают с открытием впускных клапаной. Длина впускного тракта влияет на частоту этих волн. Один из методов изменения длины впускного тракта показан на рис. 10.3. Движение управляющих клапанов изменяет эффективную длину впускного канала.
Ни рис. 10.4 на примере двигателя автомобиля Volvo S80 показано, насколько дизайн впускного коллектора определяет общий вид двигателя.
Изменения в режиме работы клапана
При широко распространенном использовании двигателей со сдвоенными кулачками газораспределения, где один кулачок применяется для привода впускных клапанов и один лля выпускных, можно изменять перекрытие клапанов во время работы двигателя. Компания Honda разработала систему; которая заметно увеличивает мощность и диапазон крутящего момента только за счет открытия обоих впускных клапанов на высокой частоте вращения. Эта система показана на рис. 10.5.
В снстсмё компании BMW, показанной на рис. 10.6, для управления положением кулачка относительно приводного механизма используется давление масла. Положение кулачков определяется но соответствующим установкам карты постоянной памяти в блоке управления. ,
Рис. 10.5. Система улраяла \т клапанами в автомобиле Honda. При тших оборотах о двигателе V7EC-E полностыо открыт только один впускной клапан на каждом из цилиндров. Таким образом. 12 клапанов контролируют смешанно' и сгорание воздуха и топлива. Это обеспечивает максимальную эффективность с точки зрения наименьшего уровня зыбросов. При бопее высоких оборотах гидравлические толкатепи задействуют дополнительные клапаны, чтобы
обеспечить качество 16-клапанной работы двигателя
В последнее время начинает примениться система, которая не только позволяет менять выбор момента открытия клапана, но и период открытия. Система известна как активная регулировка клапана (active valve train - AVT}, она обещала дать дальнейшее развитие конструкции газораспределительного механизма с кулачками постоянного профиля. Однако сейчас разрабатываются более эффективные версии этого метода. Oiкрыше впускных и выпускных клапанов будет осуществляться гидравлическими приводами, работающими при давлении до 200 Бар. Управление потоком маелп к приводим клапанов осуществляется быстродействующим: сервоклапаном.
Рис. 10.6. Регулировка момента открытия клапанов а двигателе компании BMW
Контроль факела сгорания и давления
Продолжаются исследования по созданию эффективных но стоимости датчиков для определения качества факела и давления в камере сгорания. Эти датчики используются пока лишь в исследовательских иелях. так как в настоящее время они чрезвычайно дороги для использования в серийном производстве. Коша они станут доступны, эти датчики обеспечат мгновенную обратную связь замкнутого контура управления процессом сгорания. Это будет особенно важно для двигателей, исподьзуюших обедненную смесь.
Лямбда-датчики широкого диапазона
Большинство датчиков кислородного показателя в замкнутом контуре управления ^обеспечивает превосходный контроль отношения воздух-топливо и поддерживают его близким к стехиометрическому отношению (14,7:1). Теперь существует датчик, способный обеспечить линейный выход в диапазоне между значениями отношения от 12:1 н до 24:1. Это позволяет осуществить обратную связь в замкнутом контуре управления в значительно более широком диапазоне эксплуатационных режимов.
Инжекторы с воздушным экранированием
Впускной
коллектор
Впускной коллектор •..
Рис. 10,7. Клапан инжекгора с воздушным экранированием
Объединенное управление зажиганием и подачей топлива 1305 Воздух Воздухопровод
Если в сопло инже ктора ввести быструю струю воздуха, дисперсия топлива значительно улучшается. Размер капель может быть уменьшен до значений
ниже 50 мкм в режиме холостого хода. На рис. 10.7 показан инжектор с воздушным экранированием.
На рис. 10.8 на двух фотографиях проиллюстрирован эффект воздушного экранировании, На одной фотографии экранирования нет, а на другой показпн впрыск с воздушным экранированием. Визуально заметно улучшение дисперсии и уменьшение размера капель при экранировании.
Рис. 10.8. Улучшение дисперсии топлива за счет применения инжектора с воздушным экранированием. Слова на фотографии инжектор без экранирования. Справа - инжектор с эк|эвнируюишй воздушной струей
Бортовая диагностика
На ркс. 10.9 показана система упрамсния двигателем Motronic М5 (компания Bosch) с бортовой диагностикой OBD-2. Борговая диагностика (on - board diagnostics — OBD) становится все более важной частью системы, обеспечивающей длительную эксплуатацию атомобиля с чистым выхлопом. Многие страны теперь требуют всеобъемлющей диалюстикн всех компонентов, влияющих на выхлоп. Индикатор предупредит водителя о любой обнаруженной ошибке.
Система бортовой диагностики OBD-2 призвана стандартизировать множество разнообразных методов, используемых различными изготовителями. Возможно, в ближайшем будущем произойдет переход к всеобъемлющей диагностике транспортного средства через общий интерфейс.
Цифровая электроника позволяет контролировать и датчики, и приводы. Это достигается размещением в памяти установочных значений для всех рабочих состояний датчиков и приводов. Если будет обнаружено отклонение от этих значений, информация сохраняется в памяти блока управления и может быть выведена в мастерской при поиске неисправности.
Очень важен контроль системы зажигания, поскольку осечки зажигания не только увеличивают выхлоп углеводородов, но и дают возможность несгоревшему топливу войти в каталитический конвертер и гореть гам. Это может вызвать превышение моральных температур работы конвертера и повредить его. •
Чтобы контролировать воспламенение и сгорание в цилиндрах, используется точный датчик скорости вращения коленчатого вала. Осечка зажигания на мгновение изменяет врастающий момент коленчатого вала, что вызывает его неравномерное вращение. Эю явление можно контролировать, что позволяет мгновенно обнаруживать пропуск зажигания.
Для реализации функций системы OBD-2 требуется и ряд других датчиков. Например, сшс один лямбда-датчик, помешенный после каталитического конвертера, контролирует функционирование OBD-2. Датчик входного давления воздуха и клапан необходимы для управления фильтром из активированного древесного угля, чтобы уменьшать и контролировать эмиссию испарстгй из топливного
бака. Датчик разностного давления также контролирует проницаемость топливного бака. Требуется значительное услэжнсние электроники блока управления, чтобы управлять системой OBD лопол- нительно к выводу индикации о неисправностях для водителя. Ппдсс полная контролирующая система позволяет получить больший эффект в сокри- шении эмиссии транспортир го средства, чем вес изощренные инструкции годового регулирования эмиссии (МОТ).
Диагностический разъем, используемый системами, еошвелетпуюшими стандарту OBD-2, должен иметь следующую конфигурацию штырьков (табл. 10.1).
Таблица 10.1. Конфигурация штырьков стандарте» борггопой дислностики QBD-2
Назначение
Номер
ипырька
На усмотрение производителя J1 инк? «-* шимн стандарта 5АЕ J1850 На усмотрение производителя Сило*оп земля
Онкольная земля '
На усмотрение производителя K'JIkws стандарта ISO 9141 На усмотрение производителя Но усмотрение производителя Литии «-», шины стандарта SAE Л 850
Таблице 10.1. Конфигурация штырьков стандарта бортовой диагностики OBD-2 (ок'длчетнне)
Номер штырька | Нсзначение |
Не усмотрение производителя | |
Не усмогр«иие производителя | |
Не усмотрение производителя | |
Не усмотрение производителя | |
L-щнкй стандарта ISO 9141 | |
Положительный вывод боторем автомобиля |
« — -
Дл»вст*<вс*»* «»*Х1
BI
Рис. 10.9. Система Motrorvc MS с бортовой диагностикой 080*2
- ' | У | од | |
Есть надежда, что в предвидении будуши^ стандартов и провозглашенных целей в области эмиссии, изготовителям транспортных средств станет пыгодно начать реализовывать идеи обшего разъема в самое ближайшее время. Многие изготовители дилгностнчоских систем прмпетстооплли бы это движение.
Если же стандартизация гак и не будет принята, это станет непродуктивным исходом для всех заинтересованных в ней сторон.
Вредные выбросы
Конструкция двигателя
Многие детали конструкции двигателя оказывают заметное шшяьме на образование выбросов. Ясно, что финальный проект двигателя будущего станет
компромиссом между противоречивыми интересами. Основные области этих интересов обсуждаются в последующих разделах.
Конструкция камеры сгорания
Главный источник эмиссии углеводорода - нссго* реп(нее топливо, которое находится в контакте со стенками камеры сгорания. По этой причине область стенок должна обладать как* можно меньшей поверхностью и самой простой формой. Теоретический идеал - сфера, ко сфера не совсем практична. Важно хорошее перемешивание порции смеси в цилиндре, поскольку это способствует более качественному и быстрому горению. Возможно, еше важнее гарантированно хорошее перемешивание в области свечи зажигания. Эго улучшает воспламенение. Лучше всего помешать свечу зажигшшя в центр камеры сгорания, поскольку это уменьшает вероятность изрыпного сгорания за счет сокращения расстояния, которое должен пройти фронт пламени.
Степень сжатия
Чем выше степень сжатия, тем, вообще говоря, выше тепловая эффективность двигателя, и. следовательно. лучше качество его рйботы и меньше расход топлива. Существуют два главных препятствия на пути к болсс высоким степеням сжатия — увеличение эмиссии н тенденция к детонашш. Проблема с эмиссией возникает из-за пмеокой температуры, которая, в свою очередь, вызывает большее образование окислов NOx. Увеличение температуры делает топливо-воздушную смесь более склонной к самовозгоранию и, спелопательно, создает высокий риск взрывного сгорания, ('тралы, в которых в течение некоторого времени действовали строгие инструкции регулирования эмиссии, нппричер'США и Япония, стремились развивать двигатели с болсс низкими степенями сжатия. Однако благодаря изменениям в конструкции камеры сгорания и более широкому распространению нилнилроп е четырьмя клапанами вкупе с развитием систем электронного управления и другими методами снижения уровня эмиссии, степень сжатия эа прошедшие годы возросла.
Выбор момента и длительности открытия клапана
Влияние момента срабатывания клапана на состав выхлопа может быть весьма значительным. Один из главных факторов - продолжительность перекрытия клапанов. Это время, в течение которого впускной клапан уже открыт, но выпускной клапан еше не закрыт. Продолжительность этой фазы определяет количество выхлопного газа, остающегося в цилиндре, когда выпускной клапан наконец закрывается. Этот газ оказывает существенное шшямие на температуру реакции (больше выхлопного паза — ниже температура), и, следовательно, на эмиссию NOx. Главное противоречие здесь о том, что иа более высоких скоростях увеличение фазы впуска уве- личикаег рэ лишаемую мощность. С другой стороны, это вызывает большее перекрытие клапанов и на холостом ходу, что может значительно увеличивать эмиссию углеводородов. Это противоречие привело к введению электронных систем управлении моментом и продолжительностью открытия клапанов.
Конструкции коллекторов
Газовый погок в зоне входных и выпускных коллекторов— очень сложный для изучения объект. Главная причина этой сложности - изменения характеристик потока, обусловленные не только изменениями в скорости двигателя, по также действием цилиндров как насосов. Это насосное дей- ci пне цилиндров вызывает колебания давления в коллекторах. Если коллекторы и системы впуска и выпуска разработаны так. чтобы в соответствующий момент прсмени отразить назад волну даадс- нии. можно улучшить объемную эффективность работ коллекторов. Многие транспортные средства теперь оснашены трактами впуска регулируемой длины. Длинные тракты используются при низких скоростях вращения, а укороченные - при высоких.
Стратификация дозы топлива
Если роркия смеси может быть введена в цилиндр таким способом, чтобы более богатая смесь находилась вблизи свечи зажигания, то в среднем по цилиндру смесь может быть намного более бедной. Эта идея может обеспечить большие преимущества в потреблении топлива, по эмиссия окислов NOx все еще может «ставятся проблемой. Далее в разделе по раэшгтню систем прямого впрыска смеси* приведен хороший пример использования этого метола. Многие лпигагели обедненного горения используют тот или иной способ стратификации топлива, чтобы уменьшить возможность осечки зажигания и неровной работы шшппеля.
Время прогрева
Основные выбросы, создаваемые средним автомобилем, возникают в процессе прогрева двигателя. Применение подходящих материалов и тщательная
проработка системы охлаждения могут уменьшить згу проблему. Некоторые системы управления даже заставляют лвшягсль по прсмя прогрева работать при слегка задержанном зажигании, чтобы он быстрее прогрелся.
Рециркуляция выхлопного газа
Эта методика используется, прежде всего, для того, чтобы уменьшит!: пикппые температуры сгорания и, слсдошлсльно, образование окисло» азота (NOx). Рециркуляция выхлопного газа (exhaust gas recirculation — EGR) может быть или внутренняя, за счет перекрытии клипйиов (об этом говорилось пышс), или же внешняя, через обычные трубы и клапан (рис. 10.10). Определенная порция выхлопного газа
Клапан рециркуляции выхлопного газа
д Направление V рециркуляции выхлопа
Система формирования топливной смеси
Рис. 10.10. Система рециркуляции выхлопного газа
График потребления
рециркуляции йьалоплог о гяяа
Рис. 10. И. Впитюдоли рециркуляции на состав выхлопа и расход топпива
просто возврапдстся к впускному коллектору двигателя.
Рециркуляцией управляют с помошью электроники по уешюпкам в постоянной памяти блока управления двигателем. Это гарантирует, что не будут затронуты ходовые качества автомобиля, а также, что дшя рециркуляции будет контролироваться. Если эта доля слишком велика, увеличивается эмиссия у'леводородоВ' Па рис. 10.11 показано влияние доли рециркуляции на выхлоп к расход топлива
Один из недостатков систем EGR заключается в том. «гто клапаны через некоторый период времени Moiyr забиваться продуктами выхлопа и, таким образом, изменять фактический процент рециркуляции. Однако теперь имеются клапаны, которые уменьшают эту проблему.
Система зажигания
Система зажигания .может воздействовать иа выхлопную эмиссию двумя способами: во-первых, за счет качества произведенной искры и, во-вторых, выбором момента образования искры. Качество искры будет определять ее способность зажечь смесь. Продолжительность искры, в частности, существенна при воспламенении более бедных смесей. Болсс сильная искра уменьшает вероятность осечек, которые могут привест и к увеличению выброса углеводородов.
График потребления
Рис. 10.12. Влияние времени зажигания на эмиссию выбрэсоа и потребление топлива
Понятно, что выбор момента зажигания являет- . ся критическим фактором, и как всегда этот выбор является компромиссом между мощностью, ходовыми качествами автомобиля, потреблением топлива и эмиссией. На рнс. 10.12 приведен график, показывающий влияние- выбора момента зажигания на эмиссию и потребление топлива. Образование угарного газа зависит практически тшьки от состава топливной смеси и лишь незначительно от выбора момента зажипшия. Электронные и программные системы зажигания внесли существенный вклад на пути к достижению уровней эмиссии сегодняшних двигателей. .
Термическое дожигание топлива
Чтобы уменьшить долю углеводородов в выхлопе, задолго до широкого распространения каталитических конвертеров использовалось термическое дожигание топлива. Углеводороды действительно продолжают гореть в выпускном коллекторе, а недавнее исследование показало, что выбор материала используемого коллектора, например чугуна или нержавеющей стали, может иметь значимое воздействие на сокращение выбросов НС. При температурах приблизительно 600 “С, НС и СО сгорают или окисляются в Н?0 и СО,. Если «водить в выпускной коллектор после клапанов воздух, то можно стимулировать процесс дожигания топлива.
Каталитические конвертеры
Строгие требования по регулированию выбросов в большинстве частей света сделали использование каталитического конвертера почти обязательным. Катализатор с тремя реакциями (three-way catalyst — TWC) с огромным эффектом используется большинством автоизготовитслей. Эго очень простое устройство, и выглядит оно подобно стандартной коробке выхлопного фильтра. Отмстим, однако, что для того, чтобы конвертер работал правильно, рабочая смесь в двигателе должна быть очень близкой к стехиометрическому отношению. Необходимо гарантировать доступность для катализатора правильных •ингредиентов*, чтобы он выполнил свою функцию.
На рис. 10.13 показана внутренняя часть каталитического конвертера. Существует много видов углеводородов, но следующий пример иллюстрирует главную реакцию. Отмстим, что рсакшш предполагается осуществлять с участием некоторого количества СО, производимого двигателем, чтобы уменьшить NOx. В этом одна из причин того, что изготовители были вынуждены заставлять двигатели работать на стехиометрической смеси. Это же об- <лоятсл!>ство сдерживает развитие методов обедненного горения. Таким образом, даже мелкие детали инструкций по регулировашно эмиссии могут в действительности иметь очень серьезное влияние на выбор используемых методов сокращения эмиссии. Главные реакции следующие:
Boon выхлопного газо в коллектор
I система
мгт*ип*чвс*о*овйнв5ртера. вмммахшю* трубы аыпуешоепмпаимтппа пяыбда- дат-лси хятэдмг пи агностической еистемы ово-'гггпгвныиттрооормоёавель схдаотруиротан^аидаЕооерядвнного 2-сяойного еснаеотеоз, оштеьного
I К ::
ашдушнмм промежутком о( цдогрдоьной чо&ти. Рязмйщбньш каталитического конвертера нбтнихдвигатеяй тзрвчтируег' малое время реакции (пыбег) вфвзо халолнош спуска, Изготом»**»** КОНСТРУКЦИЯ ХОПГНЖГОреСМИЖйеТ оГхштй вес автомобиля и благоприятствует .... созд»1июыштоАтормичсс»»ймаосы :т «оиооргеш с бусгрмм оыбогом. Зга , . ишюоац.1<он*зя система, таким образом, -'. уже согласуется с будущими лиаченйями миеа«теы«шпя „ .•
2СО + О, -» 2СО,;
2СгН4 I- 2СО -» 4СОг I' 6Н?0;
2NO + 2СО -* N, + 2СОа.
Керамическая монолитная основа, используемая как материал катализатора, является алюмо- магниевым силикатом и благодаря многим тысячам мельчайших каналов обеспечивает большую
•
площадь поверхности. Эта поверхность покрыта тончайшей пленкой окиси алюминия, которая дополнительно увеличивает эффективную поверхность приблизительно в семь тысяч раз. Для катализаторов используются благородные металлы. Платина способствует окислению НС и СО, а родий помогает сокращению NOx. Представленный конвертер - самый современный вид с металлическим основанием и встроенным коллектором. Только один такой каталитический конвертер, поддерживаюший три упомянутые реакции, содержит приблизительно 3-4 г драгоценных металлов.
Идеальный диапазон рабочих температур кон- вергера - от 400 до 800 °С. Часто встречающаяся серьезная проблема— задержка достижения катализатором этой температуры с момента начала работы двигателя. Она известна как «время выбега катализатора*. Используются различные методы, уменьшающие это время, поскольку пока катализатор не нагреется, идет выброс вредных продуктов сгорания. Возможные решения — электрический подогрев или горелка, которая вводит в конвертер легкое топливо. Другая возможность- размещение конвертера между выпускным коллектором и трубопроводом глушителя. Это значительно уменьшает «время выбега*, но газовый ноток, вибрация и чрезмерные перепады температуры могут уменьшить срок службы катализатора.
Каталитическим конвертерам угрожают два видя повреждений. Первый — использование этилированного топлива, которое приводит к отложению составляющих свшша на активных поверхностях гг, таким образом, уменьшает эффективную поверхность катализатора. Второй— вследствие осечек зажигания нссгоревшсе в цилиндрах топливо будет догорать в катализаторе и вызовет его перегрев. Компания BMW, например, использует на некоторых транспортных средствах систему, где датчик контролирует высоковольтный выход системы зажигания, и если не образуется искры, система п дальнейшем не подает топливо в «сбойный» цилиндр.
Ешс один возможный технический прием для снижения эмиссии в период разогрева катализатора заключается в использовании электрически нагреваемого предварительного конвертера малого размера, как показано иа рис. 10.14. Первые испытания этой системы показывают, что эмиссия углеводородов в течение фазы разогрева может быть значительно уменьшена. Нерешенная пока проблема состоит в том, что для нагрева предварительного конвертера в течение первых 30 с необходимо иметь примерно 30 кВт тепловой мощности. Это потребует ток порядка 250 А. Одним из решений проблемы может быть установка дополнительной батареи.
Для каталитического конвертора, способного с оптимальной скоростью окислять СО и НС при одновременном сокращении окислов NOx, существенно состояние смсси в пределах узкой полосы в 0,5% от лямбда-значения 1. Используемые в настоящее время кислородные датчики могут обеспечить точность в пределах приблизительно 3% от указанного значения лямбла-показатсля. Когда каталитический конвертер находится в хорошем состоянии, это не представляет проблемы благодаря накопительной способности конвертера в отношении СО и О,. Поврежденные конвертеры, однако, не могут хранить достаточное количество этих газов и, следовательно, становятся меиее эффективными. Повреждение конвертера, как говорилось ранее в этом разделе, может произойти из- за перегрева или из-за «отравления» свинцом или
Лямбда-датчик («.тусклом холликторо
1ы^К j лушитспю
Г лаяний (сэтатммчххий <oHHUf»ep
Нпгреппкммм лредпялмтспьный
KOHt!dpte(>
даже кремнием. Если состав топливной смеси может поддерживаться в пределах 0,5% от стехиометрического лямбда-показателя, конвертер останется эффективным, даже если он ло некоторой степени поврежден. Сейчас становятся доступными датчики, которые могут обеспечить требуемую точность. Чтобы гарантировать идеальную работу конвертера, можно использовать второй датчик, установленный после конвертера.
Лямбда-контроль в замкнутом контуре управления
Действующие инструкции регулирования выбросов сделали почти обязательным замкнутый контур управления составом воздушно-топливной смсси в сочетании с каталитическим конвертером. В то же время несмотря иа оживленные дискуссии, инженеры не достигли согласия о том, что лямбда-показатель должен обязательно быть равен единице для всех эксплуатационных режимов. ,
Лямбда-контроль - системах замкнутым контуром управлении, дейсгвуюшая гак, чтобы сигнал от кислородного датчика в выхлопе мог непосредственно илиять на количество вводимого топлива. Х-датчик очень подробно описан в гл. 2. На рис. 10.15 показана блок-схема системы управления по лямбла-показателго.
Результаты управлении по X-показателю и действие катализатора приведены на рис. 10.16. Принцип действия системы следуюигий: Х-датчик генерирует напряжение, пропорциональное содержанию кислорода в выхлопе, содержание кислорода, в свою очередь, пропорционально отношению «воздух- топливо*. При идеальном регулировании это напряжение составляет приблизительно 450 мВ. Если напряжение, подученное ECU, ниже этого значения {бедная смесь), количество введенного топлива понемногу увеличивается. Если напряжение си тала выше порога (богатая смесь), количество топлива
Рис. 10.15. Дозирование топлива в замкнутом контуре управления
График без каталитического конвертера
Обогзикжнар Окно лямбда- Обедненная
омсеь показателя омесъ
смеси
Рис. 10.16. Результаты управления поХ-лсказателю и действие конвертера TWC
уменьшается. Это изменение в воздушно-топливном отношения не должно быть слишком резким, поскольку это заставит двигатель «взбрыкивать*. Чтобы предотвратить это явление, блок управления двигателем содержит шгтегратор, который изменяет состав смеси в течение определенною времени. .
Существует также задержка между формированием смсси в коллекторе и измерением содержания кислорода в выхлопном газе. Эго обусловлено рабочим циклом двигателя и скоростью смсси иа впуске, временем, необходимым выхлопным газам, чтобы достигнуть датчика, и временем реакции датчика. Эту задержку иногда называют «мертвым временем», и она может достигать одной секунды на скорости холостого хода и нсскольюгх сотен миллисекунд на более высоких скоростях двигателя.
Из-за «мертвого времени* смесь невозможно привести к точному значению X = 1. Если в системе установлен интеграпгор. который может учитывать скорость двигателя, тогда удается удерживать значение X смеси в диапазоне 0,97—1,03, то есть в обдасги, в которой TWC наиболее эффективен.
Контроль выхлопа дизеля
Введение
Выбросы дизельных двтптелей были в значительной степени снижены благодаря изменениям конструкции камеры сгорания и методов впрыска.
Дальнейшие усовершенствования позволяли сделать болсс точным управление началом и периодом впрыска. Существенный вклад также внес метод электронного управления. Чтобы управлять эмиссией выбросов, можно использовать еще ряд методов.
Рециркуляция выхлопного газа
Как и в случае бензиновых двигателей, реинркуля- имя выхлопного газа (EGK) используется, прежде всего, для того, чтобы уменьшить выброс окислов NOx за счет уменьшения температуры реакции в камере сгорания. Однако если процент рециркуляции станет слишком высоким, возрастает образование углеводородов и сажи.
Температуре всасываемого воздуха
Это решение может применяться в двигателях с турбонаддувом. Если воздух пропускается через промежуточный теплообменник и нр:дусмогрсно измерение объема этого воздуха, то понижение его температуры уменьшит эмиссию NOx. Промежуточный теплообменник устпншшмвпетея в той же самой зоне автомобиля, что и рплиа~ор системы охлаждения.
Каталитический конвертер
На дизельном двигателе катализатор может использоваться, чтобы уменьшить эмиссию углеводородов, но он окажет меньшее влиягние ка образование окислов азота. Это происходит потому, что дизельные двигатели всегда рабешюпг с избытком воздуха, чтобы гарантировать лучшее и болсс эффективное горение топлива. Поэтому обычный катализатор не отнимет кислород огг NOx, чтобы окислить углеводороды, и вместо этого будет использован дополнительный кислород. Теперь появляются специальные конвертеры для NOx.
Фильтры
Чтобы уменьшить эмиссию микрочастиц (сажп), Moiyi быть использованы фильтры. Очи могут варьироваться по конструкции от тончайшей сетки, сделанной от ксрахшческого матсриата, до центробежных фильтров и водяных ловушек. Не преодоленная пока проблема состоит в том, что фильтры могут забиваться, чтр неблагоприятно влияет на работу в целом. Здесь используется ряд технических приемов, включая центробежные фильтры.
Системы комплексного управления автомобилем
Введение •
Возможность создания системы комплексного управления транспортным средством появилась после разработки систем цифрового контроля. На рис. 10.17 показана схема комплексной системы управления автомобилем. В принципе, она требует использования всего одного блока управления, способного контролировать все параметры транспортного средства.
Иа рис. ШЛЯ показан один из вариантов соединения между сабой нескольких блоков управления. В действительности, однако, используют несколько отдельных контроллеров (ECU), способных общаться друг с другом через шину данных (CAN). „
Датчики входного , Средства Исполнительные
сигнала управления механизмы
и/ip. и др.
Соедините блоков управления обычного типа для силовой установки оатомоГшля
I Блок управления «М<лролик- И ЭлокфО) шов ynpsumiium дроссельным клала* mu Hi Элик* рошюо yi *рааление трансмиссией W Блок управлении системой А6С и тягой
Измеритель массовою рпсхпДп воздуха
Инжскция и зажигание
Гидравлический модулятор системы А5С .
Летчик скорости колос для системы ABC
Яячтбдз-яатчик
Приподдроссол»,ной заслонки
Дшчик педали газа .
6. Датчик скорости, регулятор давления, приводы клапанов 9. Датчик скорости вращения двигателя
Рис. 10.18. Связи мехшу блоками упрашгамия
Преимущества централизованного управления
Преимущества централизованного управления можно разделить на две группы - «входы» it «выходы». Рассмотрим все исходные величины, требуемые для управления в каждой из нижеследующих областей:
система зажигания;
система подачи топлива;
система трансмиссии.
Очевидно, ’гго даже для указанных трех систем управления транспортным средством имеется много оби (их требований. Наличие одной централиза- ванной системы управления может потенциально уменьшить сложность кабельной сети при одновременном расширении возможностей кшлгроля. Это, фактически, п|>еимущест»а «выходов*. Рассмотрим общие условия эксплуатации транспортного средства во время внезапного и резкого ускорения и возможные «ответы» каждом из перечисленных систем (табл. 10.2)».
Таблица 10.2. Пример реакции систем на ускорение
Система | Возможная реакция |
Зажигание | Опережение момента зажиганий |
Подано гаппива | Инжехцмя дополнительною обьемо |
топлива | |
Трансмиссия | Переход мо болсо низкую передачу |
Если бы каждая система работала сама по себе, возможно, что оно не среагировала бы оптимальным образом с учетом работы других систем. Например, могут быть установлены момент времени зажигания и величина порции топлива, но затем ECU трансмиссии решит понизить передачу, увеличивая, таким образом, обороты двигателя. Это, в свою очередь, потребует изменений в дозировании топлива и выборе момента зажигания. В течение переходного процесса вполне вероятны уменьшение эффективности работы к увеличение эмиссии. •
Таким образом, идеальное управление возможно лишь при единственном блоке управления или, по крайней мере, при наличии связи между отдельными блоками. Программирование такого, управления требует, однако, очень значительной произвсдитсяьности вычислительных модулей. Это становится особенно очевидным, если учитывать л другие системы управления. шпример, сцеплением, антиблокировкой тормозов, активной подвеской, рулем. Эш системы обсуждаются ишшвюуалыш в других разделах этой книга.
Система Cartronic компании Bosch
Сложность объединения систем постоянно увеличивается. Компания Dosch разработала систему, нспользуюшую иерархию электронных средств транспортного срелс-ва. Усовершенствования в качестве работы двигетсля, уровне эмиссии, безопасности водителя к комфорте требуют большего взаимодействия различных электронных Систем. К предыдущем разделе на простом примере продемонстрирована потребность в отдельных электронных системах, способных общаться друг
Через кабальные жгугы
Через шику данный
I
Управление
трансмиссией
Система
«Мотрпник*
Система |электр>пескао управления вождением
Управление
тягой
I
CAN-мадуль
{сете области контроллера)
Рис. 10/9. Типы связи систем автомобиля
Поток данных о иерархической системе
Налшопив водителя
Двигатель
ИРТТ^ЯГТ
Команды управления
Функции распределен»™ и соединения
Поток дан *ых мевду огдолоными системами
Жпморонио водителя
К | ,я7а J V | } -К |
Пг1 :i f I • |
-О
Оьпие
Экономия
топлива
(км/л)
Прогресс в направлении большей эффективности двигателя
Смось ^
Отношение «еоэдух - топливо»
Мощность
(от/я)
Прогресс » направлении большей удельной мощности
Год
О
Оышв
с другом. П|к>екг1 компании Bosch использует иерархическую структуру сигнала, чтобы решить эту проблему. На рис. 10.19 показаны дна способа, которыми могут быть связаны системы. Первый использует сбычную кабельную разводку, второй — шину CAN.
На рис. 10.20 показано различие между потоком данных в автономной системе и потоком данных в иерархичхкой системе. Система Carlronie использует принцип, при котором каждая система может управляться от системы, занимающей в иерархии управления болсс высокий уровень. К примеру, интегрированные системы управлении двигателем и управления коробкой передач не общаются непосредственно между собой, а тальке через статную ккгшг по иерархии систему упражнения трансмиссией. а
Резюме
Производители транспортных средств продолжают вести исследования в облает комплексных зисхем управления. Все больше и больше систем интегрируется между собой, что приводит к снижению стоимости электронного оборудования автомобиля. Одновременно растут требования к вычислительной мощности систем, и скоро станет нормой применение 32-разрядных (или лаже 64-разрядных) бысгрояейсжующих микриконфшшерин. OOpai- ная сторона использования единственного блока управления для управления всем транспортным средст вом - это стоимость замены блока управления. При существующих иенах даже ECU единой системы г/ожет стоить не так уж и мало, хоггя, в среднем, стоимость изготовления всего транспортного средства может уменьшиться.
Комплексный централизованный контроль дает к другие возможные преимущества, например расширение бортовой диагностики (OBD) для контроля над транспортным средством в целом, что потенциально экономит время ремонта н эксплуатационные расходы.
Пример для изучения - система GDI (Mitsubishi)
Введение
Я благодарен компании Mitsubishi за предоставленную п этом разделе информацию.
Инновационная технология дшиателестроснии в течение многих лет была приоритетом развития компании Mitsubishi Motors. В частности, компания Mitsubishi стремилась повысить эффективность двигателей в стремлении удовлетворить растущие требования со стороны экологии, как-то уменьшение расхода топлива и сокращение эмиссии СО,, чтобы ограничить отрицательное действие парникового эффекта.
Mitsubishi приложила существенные усилия к развитию двигателя с грямым ‘впрыском бензина. В течение многих лет атомобильиые инженеры ио-
лпгали, что зпог тип двитоедя имеет самый большой потенциал для оптимизации подачи топлива и сгорания, что, в свою очередь, может обеспечить лучшее качество работы и снизить потребление топлива. Однако до сих пор никга не спроектировал удачный двигатель с прямым впрыском топлива в нидиидр (Gasoline Direct Injection - GDI), пригодный для
массового производства. Разработанный в компании Mitsubishi двигатель типа GD! (усовершенствованного прямого впрыска бензина) — это реализация мечты инженера.
Для подачи топлива обычные двигатели используют систему впрыска топлива, которая заменила систему карбюрации. Система MPI, или система многоточечного впрыска, где топливо подводится к каждому устройству ввода, является в настоящее время одной из наиболее широко используемых систем. Однако даже в двигателях MPI имеются ограничения на условия подачи топлива и управление сгоранием, потому что топливо смешивается с воздухом перед введением в цилиндр. Mitsubishi намеревалась раздвинуть эти пределы, разрабатывая двигатель, где бензин вводится непосредственно в цилиндр, аналогично дизельному двигателю, и, кроме того, моментом впрыска управляют в точном соответствии с условиями шнрузки. Двигатель GDI достиг следующих выдающихся показателей:
чрезвычайно точный контроль порции топлива, в результате сгорания ультрабслиых смесей топливная, эффективность превышает эффективность дизельйых двигателей;
очень эффективный впрыск и уникально высокая степень сжатия обеспечивают данному двигателю GDI высокую эффективность и отличную приемистость, которые превосходят таковые для обычных двигателей MPI.
Карбюратор
Иижпетпр
Струп ТОЛПИОЭ
1970 1980 1990 2000
Год
Инжектор
На рис. 10.21 показан прогресс двигателей на пути к более высокой мощности и эффективности. Технология, реализованная Mitsubishi для двигателя GDI, является краеугольным камнем для
Рис. 10.23. Двигатель GDI от Mteubishi
следующего поколения высокоэффективных двигателей. Очевидно, эта технология будет развиваться и далее.
На рис. 10.22 показано развитие системы подачи топлива.
На рис. 10.23 показан внешний вид двигателя с прямым впрыском бензина.
Главные цели двигателя GDI
Разработка двигателя GDI позволяет решить следующие основные задачи:
добиться ультранизкого потребления топлива, лучшего, чем у любого из дизельных двигателей;
обеспечить мощность, превосходящую мощность обычных двигателей MPI.
Технические особенности двигателя бб1
Двигатель GDI имеет следующие технические особенности:
строго вертикальные каналы ввода для оптимального управлении потоком воздуха в цилиндре;
поршни с круглой выборкой в верхней части для лучшего сгорания топлива;
топливный нпсос высокого давления для подачи топлива в инжекторы под давлением;
вихревые инжекторы высокого давления для создания оптимальной возлуишо-топливпой смеси.
Основные особенности двигателя GDI рассматриваются в нескольких следующих разделах.
Пониженное потребление топлива и повышенная мощность
Оптимальная топливная струя для двух . режимов сгорания
Используя собственные уникальные методы и технологии, Mitsubishi смогла добиться, что двигатель GDI обеспечивает и мсньшсс потребление топлива, и болсс высокую выходную мощность. Этот внешне противоречивый и трудный трюк реализован путем применением двух режимов сгорания. Кроме того, момент впрыска .меняется, чтобы соответствовать нагрузке двигателя.
Для условий нагрузки, испытываемой автомобилем при типичном город скочг движении, топливо
впрыскивается в коинс такта сжатия, аналогично дизельному двигателю. Благодаря этому достигаег- ся ультрабед нос сгорание за счет идеального формирования стратифицированной воздушно-топливной смсси. В идеальных условиях движения топливо вводится на такте впуски. Эго гарантирует гомогенную воздушно-топливную смссь, подобную смсси обычных двигателей МИ, что обеспечивает болое высокую выходную мощность.
Режим ультра бедного сгорания
При нормальных условиях движения, до скорости 120 км/ч, двигатель GDI Mitsubishi работает в режиме ультрабешшго сгорания, что приводит к наименьшему потреблению топлива. В этом режиме впрыск происходит на последней стадии такта сжатия, и в цилиндре сгорает ультрабедная смссь с отношением «воаяух-топливо» 30-40 (включая EG К 35-55).
Режим повышенной выходкой мощности
Когда двигатель GDI работает с болсс высокими нафуоками или на более высоких оборотах, имеем место впрыск топлива во время такта впуска. Это оптимизирует сгорание благодаря гомогенной и более холодной воздушно-топливной смеси, ко го- рая минимизирует возможность детоиаиии. .
Эти два режима работы двигателя представлены на рис. 10.24.
Фундаментальные технологии двигателя GDI
В основе конструкции двигателя- GDI лежат четыре технических особенности. «Вертикально прямой канал ввода» поставляет оптимальный ноток
Крутящий
момент
рэдуЯЗоПЛИво: ЗСМШ
»*ж*-е реци эмуляцией * ;>пз (Ёюздод/топпиоо: 35- 4ёОеюЙ Скорость ляигйтсля (об/Мкн)
воздуха в цйлинлр. «Поршень с криволинейной пе(ь шиной» управляв! сюрам нем. помогая формирован, воздушно-топли иную смесь. «Топливный насос высокого давления» обеспечивает лшшснис, необходи мое для прямого впрыска в цилиндр. Кроме того, «вихревой тгжектор высокого давления о управляет испарением и дисперсией 'топливной струн.
Эти фундаментальные технологии, объединенные с другими уникальными технологиями управления подачей топлива, позволили компании Mitsubishi достигнуть обеих иелеЙ разработки потребления топлива у двигателя GDI ниже, чем у дизельных двигателей, а выходная мощность выше, чем мощность обычных двигателей MPI. Упомянутые технологии рассмотрены более подробно ниже.
Струя воздухе внутрь цилиндре
Двигатель GDI имеет вертикальные прямые каналы впуска смсси, a itc горизонтальные, используемые в обычных двигателях. Вертикальные прямые каналы эффективно направляют поток.воздуха вниз на поршень с криволинейной поверхностью верхней части, которая сильно изменяет направление сгруи, образуя обратный вихрь для оптимального перемешивания впрыснутого топлива, как показано на рис. 10.25.
Недавно разработанные вихревые инжекторы высокого давления обеспечивают идеальную струю со структурой, соответствую шей каждому из рс- Аимшт эксплуатации двигателя. Это показано на рис. 10.26. В то же самое время, благодаря сильно турбулентному движению топливной струи, инжекторы обеспечивают достаточную степень распыления топлива, что является обязательным для двигателя типа GDI даже с относительно низким топливным давлением 50 кг/см2.
Оптимизированная конфигурация камеры сгорания
Поршень с криволинейной выемкой на вершине управляет формой воздушно-топливной смсси, так же как и струя пгшуха в камере сгорания, что играет южную роль в образовании компактной воздушно-топливной смсси. Смесь, которая вводится на последней спиши такта сжатия, направляется к свече зажигания прежде, чем спа сможет рассеяться.
Чтобы определить оптимальную форму вершины поршни, такую, как изображено на рис. 10.27, компания Mitsubishi использовала передовые методы
Прямой впрыск бензина Обычная система ммскготочечнпго апрыска
Крипопиндйпая дисперсии Впрыск на т,ипе сжатия
топливе (вид Сливу)
Рис. 10.26. Каналы вертикального впуска
SnpBtcK на такте плугжз
I
- Сопло ииже<торв
Внхроат* поток распыляомого
тоттлии.-i
Рис. 10.27. Оптимальная форма вершины поршня
наблюдения процессов и цилиндре, включая лазерные методы.
Пути достижения более низкого потребления топлива
Вазовая концепция
В обычных бензиновых двигателях было бы затруднительно обеспечить распадение воздушнотопливной смсси с идеальной плотностью вокруг свечи зажигания. Однако это стало возможным в двигателе GDI. Кроме того, достигнуто чрезвычайно низкое потребление топлива, потому что идеальная стратификация позволяет топливу, введенному на поздней фазе такта сжатия, поддержать сгорание сверхбедных воздушно-топливных смесей.
В ходе тестовых испытаний двигателя было показано, что воздуншо-тосшивная смесь с оптимальной плотностью собирается вокруг свечи зажигания в виде стратифицированного заряда топлива. Это также было подтверждено анализом поведения топливной струи непосредственно перед воспламененном и анализом мгновенного состава воздушнотопливной смеси.
В результате достигнуто чрезвычайно устойчивое сгорание улырабедной смеси с отношением «воздух-топливо» 40:1 (55:1 при включении рециркуляции выхлопа). Процесс показан на фотографии (рис. 10.28), сделанной методом Шпиона.
Сгорание улырабедной смеси
В обычных двигателях MPI существовали пределы обеднения смсси из-за больших вариаций характеристик сгорания. Однако стратифицированная смесь в двигателе GDI позволила значительно уменьшить воздушно-топливное отношение, не приводя к худшему сгоранию. Например, п период холостого хода, когда сгорание является наименее активным и непостоянным, двигатель GDI поддерживает устойчивое и быстрое сгорание даже чрезвычайно бедной смсси с отношением «воздух-топливо» 40:1 (55:1 с включением режима KGR). На рис. 10.29 показана разница в работе .между GDI и обычной многоточечной системой впрыска.
Потребление топлива автомобилем
Потребление топлива авгомобиле.м рассматривается в условиях холостого хода, круиза и городского движения.
Потребление топлива в режиме холостого хода
Двигатель GDI поддерживает устойчивое сгораипе даже на низких оборотах холостого хода. Более того. он обеспечивает большую гибкость в регулировании скорости холостого хода. Его потребление топлива в этом режиме на 40% меньше по сравнению с обычными двигателями (рис. 10.30.).
Злокгродь саачя Инжектоо зажигания топлива
с крииолинейипй поверхностью
За 40* до верхноя мертвой тонки {TDCJ ЗаЗО'доТОС За 20' до TDG
Рис. 10.28. Поведение струи топлива (впрыск на такте сжатия)
Обычный мнигеточпчнмй впрыск
Прямой впрыск бензина
- /"^v | - | ||
Давление | Длплпиип | ||
оцилиндре | - | в цилиндре | - |
Скорое!» | А | Скорость | - |
тепло- | тепло- | ||
-—1» 1 1 |
30* Верхний 30* 30* до Верхняя 30' •
даТОС мартам точка поспвТОС ТОС мершая точка после TDC
Угол поворота вала двигателя Угол поворота вала двигателя
Рис. 10.29. Параметры двигателя GDI и двигателя с обычной системой MPI
Руч| юя трансмиссия
Скорость двигателя {об/мим)
Рис. 10.30. Потребление топлива в режиме холостого хода
Qi нйшшйс <воэдух/гсшш©*
Рис. 10.31. Потребление топлива в режиме постоянной скорости движения
Потребление топлива в режиме постоянной скорости движения
Иа скорости 40 км/ч двигатель GDI потребляет на 35% меньше топлива, чем сопоставимый по размерам обычный двигатель (рис. 10.31).
Потребление топлива в городском цикле
При проведении испытании в соответствии с требованиями японского теста развел 1015 (типовой режим городского движения в Японии! двигатель GDI потреблял на 35% меньше топлива, чем обычные бензиновые двигатели тех же размеров. Кроме того, испытания показали, что двигатель GDI потребляет шоке меньше толлива. чем дизельные двигатели (рис. 10.32).
Контроль эмиссии
Предыдущие попытки .сжигать бедные воздушно-топливные смсси приводили к трудностям в регулирошптн эмиссии NOx. Однако дон двигателя GDI достигнуто 97-процентнос сокращение окислов NOx при использовании высокого (порядка 30%) уровня рециркуляции выхлопного газа. Этот результат достигается благодаря уникально ус- 1оИчипому сгоранию толлива в двигателе GDI, а также благодаря недавно разработанному катализатору обедненных окислов азота. На рис. [0.33 показан график эмиссии NOx для этого двигателя, на рис. I0.34— катализатор обедненных окислов азота.
Достижение повышенной мощности Базовая концепция
Чтобы достичь мощности выше, чем у обычных двигателей типа MPI, двигатель GDI имеет высокую степень сжатия и очень эффективную систему забора воздуха, которые приводят к повышению объемной эффективности.
Ручная лздмемиссия
Хзрахшрис! ики двигателя
Показатели экономим топлива к городском цикле движения 10-15 (км/л I
Рис. 10.32. Потребление юппиаа в городском цикле
Эмиссия окислов азота ка 40 км/ч
|
(9
!)5
Стехмометричесхое
отношении
20 25 30 35
Отношение «ноадух-тоилино»
Высокая эффективность иа бедных смесях
Большой срок эксплуатации
Недавно разработанный каталитический конвертор окнспоа азота об&внвнных смесей
Рис. 10.34. Новейший катализатор обедненных скислое азота
Скорость двигателя (об/ммн)
Рис. 10.35. Повышенная объемная эффективность
Степень сжатия Рис. 10.36. Увелименная степень сжатия
Преимущества
J I I I L
О 2000 4000 6000 0000
Скпрскти» ЛвКГТНвЛЯ (об/мин)
Рис. 10.37. Характеристики двигателя
Крутящий момемт на валу (кг-м)
Мощность
Ручная трансмиссии
Тил двигателя | Разгон ло ЮО км/ч <о ofccynaox) 9 10 11 1 1 1 | |
С прямым впрыском Оананна | штттжт | 10% |
С обычной системой впрыска |
По ерапненшо с обычными двигателями, двигатель GDI от Mitsubishi обеспечивает более высокую объемную эффективность. Вертикальные прямые впускные каналы создают более ровный забор воздуха. Испарение топлива, которое происходит в цилиндре иа последней стадии такта сжатия, охлаждает воздух для повышения объемной эффективности (рис. 10.35).
Увеличенная степень сжатия
Охлаждение воздуха в цилиндре за счет испарения топлива имеет и другое преимущество -*• мииимнзашш возможности детонации. Это позволяет применить высокую сгенень'сжатия, около 12, и, таким образом, улучшить сгорание (рис. 10.36). По сравнению с обычными двигателями МР1 сопоставимого размера, двигатель GDI обеспечивает приблизительно на 10% большую выходную мощность и кругяший момент на всех скоростях «ращения (рис. 10.37).
В режиме повышенной выходной мощности двигатель GDI обеспечивает значительное постоянное ускорение. На рис. 10.38 сравнивается работа двигателя GDI и обычного двигателя MPI в режиме ускорения автомобиля.
Пример для изучения -
компания Bosch
Система Mofronic М3
Комбинация управления зажиганием и впрыском обеспечивает существенное преимущество. Информация. получаемая от различных датчиков, используется для того, чтобы вычислить требуемые параметры питания топливом и зажигания. Еще болсс важно тс-, что зажигание и впрыск тесно звязаны. Влияние, которое они имеют друг на лруга, может быть легко учтено. Эго гарантирует работу двигателя в оптимальных условиях при всех режиьах эксп- луатациг.
Вообше-то этот тип системы менее сложен, чем отдельные системы управления топливом и зажиганием. и во многих случаях блок управления двигателем з состоянии работать в аварийном режиме, заме «яя недостающую информацию датчиков усрсднеышмн установочными данными. Это позволяет в случае определенных отказов системы какое-то время эксплуатировать машину, хотя и с некоторыми ограничениями.
Система зажигания интегрирована с контролем подг.чн топлива и работает без распределителя высокою напряжения зажигания. Процессом зажигания управляет ECU в цифровой форме. Данные для идеальных параметров режимов хранятся в постоянной памяти, эти данные подучены в ходе опытного моделирования и в процессе разработки двигателя. Главные параметры для расчета момента опережения зажигания — это частота вращения и нагрузка на двигатель. Еще большая точность достигается, если принимать во внимание и другие параметры, например температуру двигателя. Такой расчет обеспечивает одновременно оптимальную выходную ьошность и допустимый уровень зшрязнения окружающей среды. Это означает, что фактическая точка зажигания во многих случаях должна быть компромиссом между требованиями экологии и качества работы дпкгателя.
Система ипрыска является многоточечной и, как это имеет место для всех топливных систем, количество подаваемого топлива определяется, прежде всего, количеством воздуха, всасываемого двигателем.
В данной системе используется косвенный метод измерения этих данных, для определения количества поступающего воздуха используется датчик давления.
Подачей топлива в двигатель .управляют электромагнитные инжскторн. Период открытия инжектора определяет ECU. Это дает возможность очень точно управлять полатей воздушно-топливной смсси на всех режимах эксплуатации двигателя. Данные, необходимые для управления этим процессом, сохраняются в иосгоя-жоН намят и (ROM) таким же образом, как и для системы зажигания.
На рис. 10.39 показаны компоненты этой системы.
* ? I t
•< DOSCH
i
Нерегулярность п сигнале аз счет пропущенного зуйщ. рел^хтора.
Это дает информацию о положении вала двигателя
Дпгч«к зглсодго пэяохочда вала
Рис. 10.40. Сигнал датчика углового положения коленчатого вала
Утоп зажигания
Картографический прсфмпь зажигании «Мотромик*
Ж* '
1РПЯ ЮЙЦ1
Картографический профиль угпа акпшвцки котушки звж»гпнкя
Кис. 10.41. УЦрсн ценная блок-схема управления системой зажигания
Главный источник информации для системы зажигания — лптчик уггоного положения коленчатого вала. Это матишый индуктивный датчик. помешенный рядом с венцом махового колеса и содержащий 58 зубков. Зубцы расположены через 6* с одним промежутком 12", расположенным за 114* перед верхней мертвой точкой (top dead centre — TDC) первого цшшшра.
Типичное сопротивление катушки датчика - 800 Ом. Воздушный зазор между датчиком н венцом махового колеса W приблизительно 1 мм. Сигнал, производимый датчиком углового положения маховика, показан на рис. 10.40. Фактически это синусоида с одним огсутствуюшим циклом. Пауза соответствует промежутку в зубцах вениа-релуктора.
Информации, поступающая к ECU, — скорость вращения двигателя (определяется но частоте сигнала) и утл поворота — определяется по числу импульсов ло или после паузы.
На рис. 10.41 и ж меде на блок-схема системы управления зажиганием. Система зажигании ECU должен быть в состоянии:
определить и сформировать кривые опережения момента зажигания; •
обеспечить постоянную энергию зажигания;
передать сигнал зажигания не иосреде г веяно ка катушку зажигания.
Базовое значение угла зажигания определяется на основе картографического профиля установочных значений. Эти профили хранятся в чипе ROM внутри ECU. Параметрами для выбора профиля являются:
скорость вращения в об/мин — определяется датчиком махового колеса;
давление воздуха на входе в двигатель - определяется датчиком абсолютного давления в коллекторе.
Вышеупомянутые два параметра {скорость и нагрузка) определяют базовое установочное значение, но чтобы гарантировать оптимальный угол опережения момента зажигания, базовое значение корректируется по:
температуре охлаждающей жидкости;
температуре воздуха;
положению заслонки дроссельного клапана.