Специальности – 050713 – Транспорт, транспортная техника и технология и 050901 - Организация перевозок, движения и эксплуатации транспорта

Тезисы лекций

«Системы управления ДВС»

Специальности – 050713 – Транспорт, транспортная техника и технология и 050901 - Организация перевозок, движения и эксплуатации транспорта

Составил

Ст. преподаватель Рахимов Н.Р.

 

Астана 2013

Распределение учебного времени

 

№ п/п	Название разделов	Всего
часов	%
семестр
	Задачи курса. Связь с другими дисциплинами. История создания систем впрыска топлива.		6, 6
	Общее устройство и классификация систем впрыска топлива.		6, 6
	Основные принципы управления двигателем. Критерии управления двигателем. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания.		6, 6
	Функциональная схема комплексной СУД. Подсистемы СУД: воздушная, топливная, система электропитания, система зажигания.		6, 6
	Система впрыска с пневмомеханическим управлением.		6, 6
	Системы центрального одноточечного впрыска топлива.		6, 6
	Комбинированное управление впрыском топлива и зажиганием. Характеристические карты и обратные связи.		6, 6
	Электронная система зажигания.		6, 6
	Датчики и исполнительные механизмы.		6, 6
	Дозатор-распределитель, регулятор управляющего давления.		6, 6
	Управление топливоподачей.		6, 6
	Управление работой двигателя на холостом ходу.		6, 6
	Электронное управление дроссельной заслонкой. Система снижения выбросов паров топлива.		6, 6
	Контроль за токсичностью отработавших газов с помощью лямбда-зонда.		6, 65
	Самодиагностика.		6, 65

 

 

Лекция 1 – Задачи курса. Связь с другими дисциплинами. История создания систем впрыска топлива

 

Современные автомобили имеют в электрооборудовании сложные системы управления и контроля обладающие большой информативностью о состоянии узлов и агрегатов при помощи электронных средств и коммуникаций. Достигнутый уровень, позволяет непрерывно или периодически контролировать технологические процессы и техническое состояние машины с помощью встроенных или внешних приборов.

Последние достижения в радиоэлектронике позволили значительно улучшить технические и эксплуатационные показатели транспортных средств. Это связано с тем, что большая информативность и контроль состояния узлов и агрегатов машин при помощи электронных средств позволили повысить надежность, экономичность и экологичность транспортных средств.

В электрооборудовании современного автомобиля выделяют важнейшую систему – систему управления двигателем (СУД). Свыше 70% в мировом производстве автомобилей приходится на автомобили оснащенные электронным управлением топливо подачей и системами воспламенения горючей смеси.

Чрезвычайно широкое распространение автомобильных двигателей предопределило и большое разнообразие их конструкций. Естественно, это приводит к многовариантности систем управления. По литературным данным разновидностей этих систем насчитывается свыше 200, что при выполнении различных ремонтно-обслуживающих работ создает трудности в распознавании (идентификации) объекта и определении значений параметров.

Системы впрыска топлива изобретены прак­тически одновременно с созданием автомо­бильного двигателя. Еще в 1881 году, когда большинство автомобилестроителей совер­шенствовали карбюратор, француз по имени Этив получил патент на систему измерения мас­сы сжатого воздуха. В 1883 году немецкий ин­женер Шпиль получил патент на метод впрыска топлива в камеру сгорания цилиндра двигателя. Примерно в то же время в Англии Эдвардом Буглером был создан двигатель, оборудован­ный системой впрыска топлива под давлением через впускной клапан с полым стержнем.

Компания Шевроле экспериментировала с системой впрыска Рочестер, в свою очередь, базирующейся на системе Хилборна. В тече­ние 1957 года двигатели с этой системой впрыска топлива устанавливались на модели Корвет в качестве дополнительного оборудова­ния. Понтиак также применял несколько пере­работанную версию этой системы на модели Бонневилль. Однако, столкнувшись с проблема­ми высокой стоимости и ненадежности этих систем, обе фирмы к 1959 году отказались от их использования.

В конце 60-годов фирма Бендикс развива­ла систему впрыска топлива, конкурируя с сис­темой Хилборна. К 1971 году из 33 гоночных автомобилей Инди 500 32 были оборудованы системой Бендикс. В течение 70-х годов эта система была бесспорным лидером на гоноч­ных автомобилях.

В период с 1950 по 1986 год было разра­ботано и забыто множество систем впрыска топ­лива, изготовленных небольшими фирмами. В настоящее время системы впрыска топлива из­готовляются, наоборот, крупными фирмами, а все меньшие изгнаны с рынка сбыта.

Из небольших фирм наиболее удачливой оказалась фирма Кугельфишер. Автомобили с системой впрыска топлива этой фирмы широко применялись в Европе в 60-х годах. В 1974 году эта фирма впилась в компанию Bosch.

В 1973 году фирмой Bosch была разрабо­тана система механического впрыска топлива K-Jetronic. Системы серии «К» при­знаны наиболее удачными из механических си­стем как по своей эффективности, так и по со­держанию СО в выхлопных газах.

В 1984 году была разработана электронная система впрыска топлива серии «КЕ» Jetronic с усовершенствованной системой пуска двигате­ля и системой контроля выхлопных газов. Эта частично механическая и частично электрон­ная система исправно служит и в настоящее время. Однако, остальные механические систе­мы впрыска топлива не выдержали конкуренции с электронными системами и постепенно выш­ли из употребления.

Основная система включала в себя элект­ронный блок управления, который получал дан­ные от датчиков разрежения во впускном кол­лекторе, температуры окружавшего воздуха, давления воздуха и частоты вращения двигате­ля. После вычислений в зависимости от скоро­сти и загрузки двигателя форсунки открыва­лись электромагнитами и рассчитанное коли­чество топлива впрыскивалось в коллектор. Дав­ление топлива поддерживалось постоянным при помощи топливного насоса. Сигнал для откры­тия форсунок подавался от прерывателя зажи­гания.

В конце 60-х годов появилось множество систем, в которых объединены механическая и электронная системы впрыска топлива. В это же время начала вставать проблема контроля за загрязнением окружающей среды. Усовер­шенствование карбюраторов начало приводить к их удорожанию. Попытки объединения карбю­ратора с электронными системами не дали ощутимых результатов. Карбюраторные двига­тели стали более «грязными» и обладают мень­шей приемистостью по сравнению с двигателя­ми, оборудованными электронными системами управления. Все это привело к широкому вне­дрению электронных систем в автомобилестроение.

В 90-х годах системы электронного управ­ления двигателем развивались особенно быст­ро. В это время появилось множество различ­ных модификаций этих систем. В некоторых си­стемах блок электронного управления связан с автоматической коробкой передач, системой регулировки силы тяги и другими системами. Среди модификаций различаются системы цен­трального и распределенного впрыска (одно­временного и последовательного), системы зажигания с распределителем и без распреде­лителя. Система самодиагностики совершен­ствуется за счет увеличения параметров, реги­стрируемых системой. В настоящее время та­ких параметров может быть более сотни.

 

Рисунок 1 – Схема управления автомобильным двигателем

 

Применение систем впрыскивания топлива взамен традиционных карбюраторов обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Они позволяют в большей степени по сравнению с карбюраторами с электронным управлением оптимизировать процесс смесеобразования. Однако следует отметить, что системы впрыскивания топлива сложнее систем топливоподачи с использованием карбюраторов из-за большего числа подвижных прецизионных механических элементов и электронных устройств и требуют более квалифицированного обслуживания в эксплуатации.

Классификация способов впрыскивания топлива. По мере развития системе впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные и цифровые системы. К настоящему времени структурные схемы систем впрыскивания топлива в основном стабилизировались. Классификация способов впрыскивания топлива показана на рисунке 2.

При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласования момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание). Системы распределенного впрыскивания позволяют повысить приемистость автомобиля, надежность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.

 

Рисунок 3 Классификация способов впрыскивания топлива

 

При распределенном впрыскивании топлива появляется возможность применения газодинамического наддува, расширяются возможности в создании различных конструкций впускного трубопровода. Однако у таких систем по сравнению с центральным впрыскиванием больше погрешность дозирования топлива из-за малых цикловых подач. Идентичность составов горючей смеси по цилиндрам в большей степени зависит от неравномерности дозирования топлива форсунками, чем от конструкции впускной системы.

При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода. Существенных изменений в конструкции двигателя нет. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может меняться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании обеспечивается большая точность и стабильность дозирования топлива. Особенно эффективна в отношении повышения топливной экономичности система центрального впрыскивания топлива в сочетании с цифровой системой зажигания. Конструкция данной системы существенно проще по сравнению с системой распределенного впрыскивания.

 

С помощью лямбда-зонда

 

В США, Европе и Японии только ката­литическая очистка отработавших газов с использованием трехкомпонентных нейтрализаторов и системой с обратной связью обеспечивает удовлетворение существующим нормам по предельным концентрациям СО, NO_Х и СН в отрабо­тавших газах.

Коэффициент избытка воздуха l ис­пользуется для определения пропорций воздуха и топлива в рабочей смеси и от­ношений между действительным и стехеометрическим составами смеси (рис 19).

В основном для двигателя с искровым зажиганием для оптимизации состава отработавших газов используются две разновидности обратной связи.

 

 

Рисунок 19 – Упрощенный алгоритм работы системы l-коррекции

 

Система с обратной связью для l = 1. Эта система обеспечивает снижение до минимума концентрации токсичных ком­понентов в отработавших газах. Двигатель должен работать в узком диапазоне значе­ний l = 1±0, 005 («окно» каталитического нейтрализатора). Такая точность достига­ется использованием системы с обратной связью по составу рабочей смеси с лям­бда-зондом, установленным перед нейт­рализатором. Второй аналогичный кисло­родный датчик располагается за нейтра­лизатором, что еще более увеличивает точность формирования состава смеси.

 

1 – датчик массового расхода воздуха; 2 – двигатель; 3а – первый кислородный датчик (ляибда-зонд-1); 3b - второй ки­слородный датчик (лямбда-зонд-2); 4 – каталитический нейтрализатор; 5 – форсунки; 6 – ECU; U_s – напряжение датчика; U_V – напряжение включения в работу форсунок; V_E – количество впры­скиваемого топлива

Рисунок 20 – Управление в системе очистки отработавших газов с лямбда-зондом

 

Система с обратной связью при l > 1 (обедненная смесь) (рис. 20). Основным преимуществом такого конт­роля является снижение расхода топли­ва в результате сгорания обедненной смеси (качественное регулирование без дросселирования). Эффективность сис­темы определяется использованием ка­талитических нейтрализаторов, которые могут снизить выбросы NO_X во время сго­рания обедненной смеси. Для двигателей с искровым зажиганием пределом обед­нения смеси является l = 1, 7. Превыше­ние этого значения ведет к возникнове­нию пропусков воспламенения, несмотря ни на какие конструктивные меры.

 

 

Лекция 15 – Самодиагностика

 

Та доминирующая роль, которую играют электронные системы в автомобиле, заставляет уделять повышенное вни­мание проблемам, связанным с их об­служиванием. Кроме этого, из-за того, что основные функции автомобиля ста­новятся все более зависящими от элек­тронных систем, эти системы должны удовлетворять весьма жестким требо­ваниям по их надежности.

Решение этих проблем заключается во включении функций самодиагности­ки в электронную систему (рис. 21). Реализация этих функций основана на возможно­стях электронных систем, уже исполь­зующихся на автомобиле для непре­рывного контроля и определения неис­правностей в целях хранения этой информации и диагностики.

 

 

Рисунок 21 – Самодиагностика электронных систем

 

Например, ЭБУ (ECU) производит самопро­верку своего функционирования следу­ющим образом: программируемые чипы памяти снабжены тестовыми комбина­циями, которые могут восстанавливать­ся и использоваться в целях сравнения. Для запоминающих устройств применя­ется сравнение с итоговыми данными испытаний для гарантии того, что все данные и программы хранятся в этих устройствах правильно.

Датчики испытываются на точность снимаемых с них данных (в установлен­ных пределах); также проверяются ра­зомкнутые и замкнутые цепи. Конечные элементы управления могут испыты­ваться во время их работы с использова­нием предельных значений тока.

Внебортовые испытательные устрой­ства используют интерфейсы, регламен­тированные в стандарте ISO 9141. Пос­ледовательно подключаемый многоряд­ный вход-выход (порт) обеспечивает поддержание скорости передачи инфор­мации в диапазоне значений от 10 бод до 10 кбод. При этом используется одно- или двухпроводной порт, что позволяет осуществить подсоединение к централь­ному диагностическому разъему сразу нескольких управляющих блоков.

В испытательном блоке осуществля­ется контроль периода между подачей импульса в целях определения скорости передачи информации (в бодах) пере­датчиком, которая затем поддержива­ется автоматически. Байты кодов (ус­танавливаемые автомобильным коми­тетом DIN) определяют протокол для последующей передачи данных.

Возможности самодиагностики включают:

- идентификацию системы и ЭБУ (ECU);

- распознание, хранение и считывание информации о статических и единичных нарушениях работы;

- считывание текущих реальных данных, включающих условия окружающей сре­ды и спецификации;

- моделирование функций системы;

- программирование параметров системы.

Отдельные программы для испытатель­ного блока хранятся в подключаемых модулях, в то время как корректировка и передача данных в системе осуществля­ются посредством интерфейса данных.

 

Тезисы лекций

«Системы управления ДВС»

Специальности – 050713 – Транспорт, транспортная техника и технология и 050901 - Организация перевозок, движения и эксплуатации транспорта

Составил

12Следующая ⇒

Поделиться: