Электронная система управления двигателем (далее будем употреблять аббревиатуру ЭСУД для экономии текста) – это бортовой компьютер автомобиля, который управляет объединёнными системами впрыска, выпуска и всеми электронными системами в машине. Как правило, современный бензиновый и дизельный моторы не обходятся без блока управления. Раньше же автомобили обходились полностью без него, но они работали хуже, не так экономично и не позволяли раскрыть всего потенциала автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.
Делятся компьютеры, что управляют мотором на несколько видов. Основным классификатором является то, какие функции в каком конкретном автомобиле возлагаются на компьютер. Условно все их можно поделить на:
Так на сегодняшний день чаще всего применяется объединённый блок для всего: от электронной подвески до системы управления безопасностью. Это удобно так, как устанавливается один компьютер, к которому уже подходят провода со всех датчиков и элементов. В то время как при иной компоновке происходит разделение ролей и приходится продумывать как прокладывать проводку в машине. Хотя, с другой стороны, если один блок выйдет из строя, то все остальные останутся в рабочем состоянии и помогут остановить машину. Так, если вышел блок управления двигателем, то тормозная система, контролируемая иным компьютером действительно может спасти жизнь. Единый контроллер включает в себя несколько модулей:
Каждый контроллер может выполнять некие совмещенные функции, но, как правило, ранее блок управления автоматической коробки переключения передач выполнен отдельно, чтобы не нагружать его иной работой и обеспечивать быстрое и синхронное переключение передач. Далее, когда начали использовать более мощные микропроцессорные устройства, то создали моторно-трансмиссионный модуль, в котором объединили функции, для более компактного размещения в машине. Такая компоновка позволяет минимизировать потери пространства. Так, в автомобилях ВАЗ, в первых инжекторных моделях, компьютер занимал половину бардачка. То есть, в предыдущих моделях блока не было, а когда пришли к его использованию, то не нашли лучшего места для его размещения, чем положить в бардачок, и занять им свободное пространство хозяина машины. Позже для компьютера нашли отдельное место между подкапотным пространством и салоном автомобиля. В общем, компьютер всегда располагают так, чтобы к нему можно было легко получить доступ, так как для его диагностики нужно подключаться к нему, чтобы увидеть ошибки и исправить их.
В этом разделе мы рассмотрим то, что входит в состав контроллера, как он работает и за счет чего происходит контроль над мотором и прочими элементами. Если же брать как пример электронных систем максимально простой автомобиль, те же самые первые инжекторные автомобили ВАЗ, где компьютер управляет только мотором, то здесь все остальные элементы машины чисто механические. А блок выглядит чуть больше коммутатора от бесконтактного зажигания.
Электронная система управления двигателем включает в себя массу различных элементов, главным из которых, конечно же, является бортовой компьютер. Представляет он из себя микропроцессорное устройство имеющие специальное назначение. Внутри располагается почти то же самое, что и у обычного настольного компьютера: оперативное запоминающие устройство (ОЗУ) и программируемое постоянное устройство запоминания (ППЗУ). ОЗУ необходимо компьютеру, чтобы хранить постоянно изменяющуюся информацию, например, характер работы двигателя в определенный момент. Здесь же храниться и все ошибки, что возникают в процессе работы машины, отсюда берутся эти показания и высвечиваются на приборной панели водителя в виде специальных ламп, или же, при наличии экрана, пишется непосредственно кода ошибки. При отключении питания все, что было записано в ОЗУ стирается.
Постоянная память хранит в себе заложенную программу по управлению двигателем на все случаи жизни. Это программа представляет собой алгоритм команд для правильно работы мотора, все калибровочные настройки. Это своеобразный жесткий диск компьютера, который независимо от наличия питания хранит всю заложенную информацию в себе. К слову, неоднозначный чип-тюнинг занимается именно изменением программы машины на более комфортабельную. Так, в зависимости от пожеланий клиента может быть установлена программа, которая бы увеличивала мощность мотора, но при этом повышался бы расход. С другой стороны, посредство замены программы можно добиться повышения экономичности автомобиля, но упадет тяга. Это очень удобно: можно подкорректировать работу мотора в зависимости от насущных потребностей.
В свое работе компьютер использует показания с датчиков, основываясь на них, формируется задача для всех исполнительных устройств. В их число входят такие элементы, как топливный насос, форсунки в головке блока, система зажигания и прочее. К тому же. В задачи контроллера входит и диагностика правильности работы всех систем машины. Так называемая система самодиагностики. Если же находится какая-то неисправность, то загорается соответствующая лампа на приборной панели, или же просто запоминается код ошибки.
Говоря о контроле над мотором, то здесь главной задачей является непосредственно управление впрыском топлива. Происходить это должно в точный момент и в определённой последовательности, в зависимости от порядка работы двигателя и от нагрузки на двигатель в этот момент. Среди датчиков можно обнаружить такие: датчик положения распределительного и коленчатого вала, датчик массового расхода воздуха, датчик положения педали акселератора, датчик положения дроссельной заслонки, и масса прочих. Все они вкладывают свою лепту в процесс смесеобразования и момента впрыска топлива в цилиндры. К слову, консистенция топлива также регулируется компьютером. Топливно-воздушная смесь образовывается во впускном коллекторе, и она всегда готова к впрыску. Впрыск происходит посредством форсунок. Система зажигания также контролируется блоком управления, искра подается точно в момент, когда поршень находится в верхней мертвой точке, топливо уже впрыснуто, а все клапана закрыты.
Отдельного абзаца заслуживает система самодиагностики бортового компьютера. Когда она находит некоторые неисправности, то она выдает сигнал на одну из ламп или дисплей в комбинации приборов у водителя перед глазами. Однако, нужно еще быть уверенным, что и сама система исправна. Когда водитель включает зажигание, то все лампы сигнализатора должны загореться одновременно. В этот момент вся ЭСУД проверяет правильность работы диагностического механизма, активность сигнализатора и всей управляющей цепи. После того как двигатель запускается все лампы должны немедленно погаснуть. Как правило, если при движении автомобиля снова загораются какие-то лампы сигнализатора, то это обозначает, что возникли некие нарушения в работе двигателя, и работа машины происходит в аварийном режиме, когда система готова в любой момент отключить мотор. Желательно перестать эксплуатировать машину, когда лампы постоянно горят или мигают уже очень долго. Конечно, если лампочки загорелись, когда вы едите за сотню километров от цивилизации и СТО, то прекращать движение не стоит, нужно доехать до места, где можно хотя бы вызвать эвакуатор или вам смогут оказать любую помощь, и вы не останетесь на улице.
Конечно, доехать до станции технического обслуживания самостоятельно можно, каких-то сверх неполадок это не вызовет, но лучше все же минимизировать движение автомобиля. В случае движения машины в аварийном режиме может упасть экономичность двигателя или максимальная скорость, но, главное, в этом случае доехать. После того как устранится неполадка все лампы должны будут погаснуть через определенное время. За этот период контроллер самостоятельно удостоверится в том, что неполадки исчезли бесследно и тогда лампочки на приборной панели окончательно погаснут. Хорошим подспорьем при ремонте машины могут стать коды неисправностей, которые можно считать с блока управления и изучить. Также сигнализатор может подать свой голос, если просто произошел сбой в системе работы блока управления, так что в любом случае паниковать и думать, что вашей машине пришел конец однозначно не стоит. Все неполадки устраняются на СТО, конечно, это потребует денег, но благодаря ЭСУД хотя бы не займет много времени.
Похожие статьи:
autodont.ru
В России впервые системы объединенного управления появились на карбюраторных автомобилях ВАЗ-2108, 2109 под названием МСУД (микропроцессорная система управления двигателем). Они выполняют довольно скромную задачу – управление моментом и энергией искрообразования (система зажигания) и электромагнитным клапаном карбюратора.
Системы объединенного электронного управления впрыском и зажиганием имеют следующие преимущества:
Совмещение функций агрегатов и датчиков позволяет сократить их количество.
Процессы зажигания и смесеобразования оптимизируются совместно, что позволяет улучшить основные характеристики двигателя.
Появляются возможности выполнения других функций, способствующих повышению служебных свойств автомобиля: управление автоматической коробкой передач, противобуксовочной системой ведущих колес, антиблокировочной тормозной системой, кондиционером, противоугонным устройством и т.д.
Функциональная схема объединенного управления двигателем показана на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема электронного управления двигателем.
Сигналы: 1,2. Угловое положение и частота вращения коленчатого вала. 3,4. Объемный расход и температура всасываемого воздуха. 5. Температура охлаждающей жидкости. 6. Напряжение аккумулятора. 7. Положение дроссельной заслонки. 8. Информация о режиме пуска. 9. Детонация. 10. Состояние двигателя (компрессия). 11. - зонд. Элементы системы: 12. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). 13. Микропроцессор. 14,15. Блоки постоянной и оперативной памяти. 16,17. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). 18,19. Усилители аналоговых сигналов. 20,21. Системы питания и зажигания.
В электронный блок (контроллер) от датчиков 1-11 поступают непрерывные аналоговые электрические сигналы, величина которых (ток, напряжение) изменяется в соответствии с изменением того параметра (температура, положение контролируемого элемента и т.д.), которое контролирует датчик.
В то же время электронно-вычислительная техника может работать только с дискретными сигналами, имеющими всего два значения (состояния): «0» или «1». Для перевода обычных аналоговых сигналов в такие дискретные, их сначала преобразовывают в более четкие (например, синусоидальные превращают в прямоугольные), а затем, в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 12 превращают в дискретные.
Эти дискретные сигналы поступают в микропроцессор 13, который представляет собой, по существу, микро-ЭВМ. Там сигналы обрабатываются в соответствии с заложенной программой. Результаты обработки также представляет собой дискретные сигналы, которые не могут быть непосредственно использованы в управлении двигателем. Поэтому выходные сигналы сначала снова превращаются в аналоговые (в цифроаналоговом преобразователе – ЦАП, поз. 16 и 17), а затем усиливаются в усилителях 18 и 19, после чего они направляются для управления системой питания 20 и системой зажигания 21.
На легковых автомобилях массового выпуска применяют простые и дешевые системы, например, «Mono-Motronic» (рис. 2), которые устанавливают на двигателях небольшого рабочего объема автомобилей малого и особо малого класса.
В системе «Mono-Motronic» (рис. 2) основные сигналы определяются положением дроссельной заслонки и частотой вращения коленчатого вала двигателя.
Рис. 2. Структурная схема комплексной системы управления двигателем «Motronic»
1
Помимо этого электронный блок управления получает сигналы от датчика кислорода и датчиков температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха. Топливо, количество которого определяется микро-ЭВМ, впрыскивается перед дроссельной заслонкой с помощью центральной форсунки и смешивается с поступающим воздухом. Электронный блок управления также подает управляющие импульсы на катушку зажигания.
Система способна также учитывать износ двигателя по падению компрессии в цилиндрах и изменение атмосферного давления. Если датчики начинают подавать ошибочные сигналы, информация об этом накапливается в оперативной памяти контроллера, и во время технического обслуживания считывается диагностическим тестером, что позволяет быстро обнаружить источник неисправности системы.
В системе «Motronic» обеспечивается одновременное управление впрыскиванием топлива и опережением зажигания. При этом в нее дополнительно могут быть включены элементы других электронных систем, например, «KE-Jetronic», «L-Jetronic» и др.
Состав горючей смеси и угла опережения зажигания оптимизирует микропроцессорный блок управления 4 с учетом условий работы двигателя.
Электронное управляющее устройство (ЭУУ).Функции отдельных его систем состоят в следующем.
Входное устройство. Сигналы, стекающиеся на вход ЭУУ от датчиков, преобразуются в форму, понятную компьютеру, т.е. в серию импульсов «ДА – НЕТ», которые представляют собой цифры в двоичной системе:
ДА=1, НЕТ = 0.
Аналоговые сигналы, например напряжение аккумулятора, преобразуются в двоичный код с помощью АЦП.
Устройство ввода-вывода (УВВ).Это устройство принимает сигналы в те моменты и в той последовательности, в которой они поступают, а затем выдает их в процессор компьютера в той последовательности и с той скоростью, которая нужна процессору, либо отправляет текущую информацию в оперативную память машины.
Часы.Компьютер оперирует данными как функциями времени. Для определения текущего времени и интервалов времени в компьютере установлен точный кварцевый генератор импульсов.
Шины. Отдельные блоки компьютера связаны между собой плоскими кабелями, известными под названием шины. По шинам передаются данные (шина данных), адреса памяти (адресная шина), а также сигналы управления (управляющая шина).
Центральный микропроцессор. Микропроцессор выполняет в компьютере все вычисления. Все, что он умеет делать, это складывать, вычитать, делить и умножать, поэтому все программы, которые выполняет процессор, должны состоять из этих операций. Кроме того, процессор умеет выполнять логические операции. ЭУУ управляет ходом вычислений, направляя в процессор нужную информацию в нужный момент и отправляя результаты вычислений в нужные устройства.
Постоянная память (ПЗУ). Эта память может только выдавать хранящуюся в ней информацию, которая никак не может быть изменена. Эта информация сохраняется в памяти даже при отсутствии питания. В нее невозможно записать никакую новую информацию.
В постоянной памяти хранятся данные, такие как карта значений управляемых параметров двигателя в табличной форме, коды, управляющие программы и пр. Все эти данные заносятся («зашиваются») в постоянную память изготовителем. В состав постоянной памяти входят также перепрограммируемые и стираемые блоки, которые могут быть использованы изготовителем или его представителем для обновления и изменения записанной информации.
Оперативная память (ОЗУ). Текущие данные - сигналы датчиков, команды управления и промежуточные результаты вычислений хранятся в оперативной памяти компьютера, пока не будут заменены новой информацией. Оперативная память при выключении питания теряет всю хранящуюся в ней информацию.
Работа бортового компьютера. Информация о характеристиках двигателя хранится в памяти компьютера в форме таблиц, называемых рабочими. Эти таблицы получаются из трехмерных карт опережения зажигания и таких же карт для периода замкнутого состояния.
Рабочие таблицы могут быть составлены компьютером для различных сочетаний параметров, однако, прежде всего такими параметрами являются частота вращения коленчатого вала, нагрузка, температура и напряжение аккумулятора. Каждая из таблиц дает свое значение угла опережения, и для определения истинно требуемого угла все результаты сопоставляются. Подобным образом вычисляется и угол включенного состояния.
При включении питания микропроцессор посылает закодированный двоичный адрес, который указывает, к какой части памяти он обращается. Затем посылается управляющий сигнал, указывающий направление и последовательность движения информации в процессор или из процессора. Работа самого процессора представляет собой серию двоичных импульсов, с помощью которых информация считывается из памяти, декодируется и выполняется.
Программы выполнения операций - арифметических, логических и транспортных также записаны в памяти. Наконец, ЭУУ выдает команду силовому ключу системы зажигания на включение или выключение катушки зажигания в соответствии с текущим состоянием двигателя.
В системах без датчика детонации система управления будет поддерживать опережение вблизи границы детонации, записанной в память компьютера. Это приемлемо для нового двигателя, однако в этом случае не будут учтены изменения условий работы двигателя, вызванные износом, сортом топлива и пр.
Датчик детонации позволяет ЭУУ осуществлять управление на грани детонации системой с распределением низкого напряжения при любых изменениях режима работы двигателя.
С развитием электронных систем зажигания появилась возможность отказаться от самого ненадежного узла системы зажигания - контактного прерывателя вместе с центробежным регулятором опережения. Распределителю зажигания в этом случае оставлена единственная функция - направлять искру при очередном разряде в нужный цилиндр. Но и эта функция теперь может выполняться бесконтактным способом с помощью четырехпроводной катушки зажигания (для четырехцилиндровых двигателей).
Такая система зажигания разработана фирмой Ford для двигателей семейства HCS Valencia, устанавливаемых на автомобилях типа Escort/Orion. Распределение зажигания по цилиндрам здесь достигается с помощью двух высоковольтных катушек, оба конца которых соединены со свечами разных цилиндров. Эта идея раньше использовалась для двухцилиндровых двигателей Citroen 2CV и Visa, однако теперь, благодаря электронному управлению, она стала осуществима и на четырехцилиндровом двигателе.
Каждый раз, когда вторичная обмотка получает сигнал на разряд, вспышки происходят сразу в двух цилиндрах. Разряд одной свечи происходит в цилиндре, где заканчивается такт сжатия, а второй свечи - в цилиндре, где заканчивается такт выхлопа.
Первая свеча поджигает рабочую смесь, и начнется обычный рабочий ход, а вторая искра вспыхивает впустую. В системе зажигания Форда напряжение вторичной обмотки составляет 37 кВ, что вполне достаточно для поддержания разряда в двух свечах одновременно. При этом искра имеет правильную полярность только в одной свече, а в другой полярность «неправильная» (рис. 3).
Следует напомнить, что в идеале центральный электрод должен быть положительным, а периферийный - отрицательным.
Порядок работы цилиндров обычный, и свечи, используемые в двигателе, тоже обычные, но здесь их приходится заменять каждые 20000 км в связи с ускоренным износом. Первичная обмотка катушки зажигания имеет сопротивление (0,5 ± 0,05) Ом, а вторичная – от 11 до 16 кОм.
Управляющий микропроцессор рассчитывает оптимальное опережение в зависимости от нагрузки, частоты вращения и положения коленчатого вала, а также от температуры охлаждающей жидкости.
При выходе из строя микропроцессора система устанавливает постоянный угол опережения 10° до ВМТ, что позволяет двигателю продолжать работу, пока не появится возможность его отремонтировать.
При полной нагрузке двигателя, а также при высокой температуре воздуха во впускном коллекторе система уменьшает угол опережения, чтобы избежать ударного горения смеси. Значение угла опережения в этом случае компьютер берет из карты зажигания с учетом сигналов соответствующих датчиков.
Контрольные вопросы
В чем преимущество объединенных систем управления?
Зачем нужны преобразователи сигналов?
Зачем нужно устройство ввода-вывода (УВВ)?
Зачем бортовому компьютеру (микропроцессору) измерять время?
Чем отличается «постоянная память» от «оперативной памяти» бортового компьютера, и какие функции они выполняют?
В каком виде хранится информация о двигателе в бортовом компьютере, и как она используется?
Поясните преимущества, недостатки и работу системы зажигания Ford с четырехпроводной катушкой зажигания.
studfiles.net
2015-08-17 04-22 15 12 08 02-28 00076 e_up_dvs.doc
Водитель, как известно, управляет автомобилем. Кучер управляет лошадью. А как,по-вашему, может он «управляет» и двигателем?Он же воздействует на педаль «газа», переключает передачи, у него есть возможность нажимать на тормоз... На обывательском уровне можно сказать, что он управляет двигателем - нажал побольше – машина ускоряется, поменьше, напротив – едем медленнее.
Кроме водителя как-то воздействующего на двигатель, возле него или в нем самом имеются регулирующие устройства. Эти устройства, как и водитель, воздействуют на некоторые параметрыдвигателя. Допустим, регулятор УОЗ (в первобытном ДВС) устанавливает УОЗ – параметр ДВС.
На самом деле водитель подобно кучеру как бы отдает команду двигателю ехать быстрее или медленнее. Иными словами водитель меняет режим работы ДВС - переходит с одного на другой, а управляют работой двигателя некоторые системы, которые мы должны относить к самому двигателю. Если опять провести аналогию с лошадью, кучер не управляет внутренними процессами у лошади - ноги у нее шевелятся как составная часть ее организма.
Для системы водитель-автомобиль-двигатель, водитель, нажимая на газ как бы "отдает приказ" двигателю работать с большим или меньшим крутящим моментом, а некоторые системы двигателя задают, сколько и в какой момент подать топлива, какой установить УОЗ и т.д.
Итак, под управлением двигателем будем понимать воздействие на внутренние процессы, которые по возможности должны быть наиболее оптимальными. Протекание процессов в ДВС определяется рядом параметров, которые разделим на режимныеирегулировочные- параметры, задаваемые вне и внутри системы управления. Иногда один и тот же параметр может быть и режимным и регулировочным в одной системе в разные моменты времени. В разных конструкциях ДВС один и тот же параметр может быть либо только режимным, либо только регулировочным. Такое деление требуется нам в первую очередь для правильного понимания процесса управления.
Режимныепараметры: положение задатчика мощности, фактическая мощность двигателя = крутящий момент и частота вращения, температурное состояние двигателя, параметры окружающего воздуха (температура и давление). Если двигатель установлен на автомобиле, основная часть режимных параметров задается водителем (положение задатчика мощности -педали "газа" и выбранной передачей в КПП). Остальная часть задается дорожной обстановкой (продольный уклон дороги, загрузка автомобиля, сопротивление качению) и метеоусловиями - температурой окружающего воздуха и атмосферным давлением. Если двигатель установлен не на автомобиле, основные режимные параметры должны задаваться в соответствии с характеристиками потребителя мощности, которыми могут быть электрогенераторы, пилы, насосы и т.д…
Задатчик мощности (педаль газа) для обычных бензиновых двигателей (точнее - для ДВС с количественным регулированием) непосредственно связан с дроссельной заслонкой, т.е. задает количество воздуха, поступающее в двигатель, а система управления использует этот параметр как входной - режимный. Для дизельных ДВС с механическим управлением задатчик мощности (педаль газа) воздействует на цикловую подачу топлива, но не на 100%, т.е. система управления вносит свою долю в формирование фактической топливоподачи. В перспективе для электронных систем управления ожидается 100% управление и топливом, и воздухом для всех типов двигателей, т.е. задатчик мощности будет выступать лишь как информационный параметр.
В узком смысле под управлением ДВС будем понимать воздействие только на регулировочные параметры. Регулировочныеп. - количество топлива для ДВС с количественным регулированием – к. избытка воздуха, момент зажигания и впрыска, токсичность отработавших газов. Регулировочным параметром м.б. и положение дроссельной заслонки, когда речь идет о регулировании частоты ХХ или работы в режиме "круиз-контрол". Если пофантазировать, сюда же можно отнести управление фазами газораспределения, степенью сжатия и т.д., т.е. любыми параметрами, влияющими на эффективность работы ДВС.
В широком смысле под управлением ДВС будем понимать обеспечение взаимосвязи режимных и регулировочных параметров двигателя.
Управление как таковое, т.е. воздействие на объект имеет 3 уровня сложности.
Самое простое – разрешение/запрет или включено/выключено.
Следующий уровень – реализация заранее известной функции: состояние управляемого объекта (регулировочного параметра) устанавливается по жесткой функции от режимных параметров. (Пример УОЗ и длительность впрыска по наполнению и частоте.)
Третий уровень – управление с обратной связью. Ставится задача - получение некого показателя - чаще всего - поддержание некого параметра на заданном уровне. Например, поддержание на заданном уровне частоты холостого хода, состава смеси для лучшей работы каталитического нейтрализатора ОГ и т.д. В отличие от предыдущего уровня обратная связь компенсирует все (!) неточности датчиков, измерительных цепей, исполнительных узлов и неучтенных факторов. Заметим, что в данном случае в качестве функции цели могут выступать и режимные параметры (частота вращения для самостоятельного ХХ), которые превращаются в регулировочные.
Для хоть какой работы двигателя с искровым зажиганием необходимо приготовить в цилиндрах топливовоздушную смесь, которая способна гореть и в соответствующий момент времени обеспечить ее воспламенение. Для эффективной работы ДВС топливовоздушная смесь должна быть приготовлена оптимального состава (оптимальным должно быть соотношение воздуха и топлива, а также структура смеси), момент воспламенения должен также быть оптимальным.
Пределы воспламеняемости (горючести) бензо-воздушных смесей в условиях двигателя находятся в пределах 5-8...16-20 (соотношение по массе воздуха и топлива), а по углу опережения зажигания (УОЗ) - от 60 градусов до ВМТ вплоть до 20 град. после ВМТ. Оптимальные величины топливо-воздушного соотношения обычно находятся в пределах 13...14 для полных нагрузок и 14.5...16 для частичных нагрузок.
Оптимальные УОЗ имеют диапазон 60...2 град. Требуемая точность установки УОЗ с т. зр. экономичности составляет 2...4 град., с т.зр. детонации – 1…2 градуса. Особенно ощутимо одновременное неоптимальное сочетание состава смеси и УОЗ на потерю эффективности работы ДВС (на отдельных режимах резерв по топливной экономичности доходит до 10-15 %).
Механические устройства управления двигателем - приготовления смеси - карбюратор и механические системы управления УОЗ (центробежный и вакуумный автомат) лишь приблизительно обеспечивают потребности двигателя для оптимального управления. Совокупность предъявляемых ныне требований к автомобилям эти устройства выполнить не в состоянии. Причиной столь категоричного заявления могут служить все более жесткие нормы токсичности отработавших газов (ОГ).
Либеральные нормы на токсичность ОГ, существовавшие до сих пор в нашей стране и в Европе до 1993 года по существу признавали де факто правильно отрегулированный карбюратор и систему зажигания классического образца.
Потом выяснилось, что за счет воздействия на рабочий процесс в двигателе можно улучшить показатели по токсичности в 1.5 раза и за счет совершенствования конструкции вытянуть снижение до 2 раз, реже - до 3 раз. Эти меры - более точное регулирование состава смеси и УОЗ, рециркуляция отработавших газов (подавление NOx), расслоение заряда, т.н. электронный впрыск бензина (с электромагнитными форсунками). Как альтернатива бензину нашли применение разработки, использующие пропан-бутановые смеси (сжиженный газ), и метан (природный газ).
Совершенствование двигателя и его процессов ушло как бы на второй план - снижение токсичности достигается вне двигателя - нейтрализатором, но эффективная работа каталитического нейтрализатора обеспечивается при точном поддержании топливо-воздушного соотношения около стехиометрического (для разных бензинов эта величина различна и составляет от 14.5 до 14.9). Впрыск бензина в первую очередь приобретает значение как средство более точного дозирования топлива, а не средство совершенствования процессов в самом двигателе.
Но законодателям этого было явно недостаточно и пришлось воздействовать на сами ОГ для их нейтрализации. Более жесткие нормы токсичности (Евро-1, 1993 и более поздние), введение обязательных устройств для исключения выбросов испарений бензина на неработающем двигателе вызывают бурное применение электронного впрыска бензина с использованием каталитических нейтрализаторов. Суммарные выбросы токсичных компонентов (NOx, CH, CO)снижаются в 10-100 раз. Причём нормыEuro5 по этим основным компонентам остались такими же как в стандартеEuro4, из чего можно заключить, что возможности снижения токсичности исчерпаны.
Итак, почему механические системы управления не в состоянии успешно конкурировать с электронными? Электронные системы позволяют по сравнению с механическими:
а) более точное измерение и управление, в т.ч. и по нелинейным зависимостям, управление с обратной связью в случае немеханических датчиков
б) возможен учет большего числа факторов
в) диагностика и самодиагностика (принципиальная возможность и необходимость)
г) адаптивное управление при наличии неисправностей
д) высокая надежность электронных устройств
е) способствует созданию более эффективных конструкций агрегатов и ДВС в целом
А). Для эффективной работы нейтрализатора требуется точность дозирования топлива на уровне 1-2%, что достигается при электронном регулировании с обратной связью. Для примера, разброс дозирования карбюраторов достигает 9%.
Б). Двигатель как система управления является многофакторной системой. Значения регулировочных параметров (состав смеси, УОЗ, степень открытия регулятора воздуха) зависят от таких факторов как: положение и скорость открытия дроссельной заслонки, расход и температура воздуха на впуске, температура в системе охлаждения и стенок камеры сгорания, частота вращения коленчатого вала и пр.
Механические системы управления используют ограниченное число факторов и работают по линейным или релейным характеристикам. Так карбюратор реагирует на положение дроссельной заслонки, скорость ее открытия и расход воздуха. Центробежный регулятор УОЗ - на частоту вращения, вакуумный - дополнительно корректирует УОЗ по давлению во впускной трубе, косвенно определяя нагрузку двигателя.
В). Существует мнение, что электронные системы неоправданно сложны. На этот счет следует сказать, что эти системы имеют принципиальную возможность самодиагностироваться, либо при наличии внешних диагностирующих устройств - легче диагностироваться. В начале применения электронных блоков вопросы диагностики оставались целиком вне этих блоков. Теперь все современные блоки управления имеют ресурсы встроенной диагностики OBD (On Board Diagnostic)
Г). В современных системах управления при возникновении неисправностей, зажигается лампа «Check Engine»и система пытается работать по аварийной программе. Здесь бывают и забавные ситуации. При отказе кислородного датчика система может делать езду дискомфортной, подталкивая Джона или Фрица съездить на сервисную станцию...
Д). Высокая надежность электронных устройств у меня не вызывает сомнений. Отсутствие движущихся, трущихся частей предопределяет это положение
Е). Вначале применение электронных устройств «приспосабливалось» к существующим конструкциям ДВС, позднее, когда поняли, что это - хорошо, конструкции ДВС стали разрабатываться уже под электронное управление. (Например, в прежние времена на базе ЗМЗ-402 сделана разработка двигателя 4024.10, ЗМЗ-406 базовый вариант был с впрыском, на который спустя многие годы был таки установлен карбюратор! Чем этот двигатель отличается от чисто карбюраторного по конструкции? …- отсутствие распределителя зажигания).
Итак, возможности электронно-управляемых устройств велики, ну а насколько плохи традиционные - механические устройства?
studfiles.net
Двигатель ОпельСистемой управления двигателем называется электронная система управления, которая обеспечивает работу двух и более систем двигателя. Система является одним из основных электронных компонентов электрооборудования автомобиля.
Генератором развития систем управления двигателем в мире является немецкая фирма Bosch. Технический прогресс в области электроники, жесткие нормы экологической безопасности обусловливают неуклонный рост числа подконтрольных систем двигателя.
Свою историю система управления двигателем ведет от объединенной системы впрыска и зажигания. Современная система управления двигателем автомобиля объединяет значительно больше систем и устройств. Помимо традиционных систем впрыска и зажигания под управлением электронной системы находятся: топливная система, система впуска, выпускная система, система охлаждения, система рециркуляции отработавших газов, система улавливания паров бензина, вакуумный усилитель тормозов.
Термином «система управления двигателем» обычно называют систему управления бензиновым двигателем. В дизельном двигателе аналогичная система называется система управления дизелем.
Система управления двигателем включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства систем двигателя.
Входные датчики измеряют конкретные параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. Информация, получаемая от датчиков, является основой управления двигателем. Количество и номенклатура датчиков определяется видом и модификацией системы управления.
Например, в системе управления двигателем Motronic-MED применяются следующие входные датчики:
Каждый из датчиков используется в интересах одной или нескольких систем двигателя.
Электронный блок управления двигателем принимает информацию от датчиков и в соответствии с заложенным программным обеспечением формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства систем двигателя. В своей работе электронный блок управления взаимодействует с блоками управления автоматической коробкой передач, системой ABS (ESP), электроусилителя руля, подушками безопасности и др.
Исполнительные устройства входят в состав конкретных систем двигателя и обеспечивают их работу. Исполнительными устройствами топливной системы являются электрический топливный насос и перепускной клапан. В системе впрыска управляемыми элементами являются форсунки и клапан регулирования давления. Работа системы впуска управляется с помощью привода дроссельной заслонки и привода впускных заслонок.
Катушки зажигания являются исполнительными устройствами системы зажигания.
Система охлаждения современного автомобиля также имеет ряд компонентов, управляемых электроникой:
В выпускной системе осуществляется принудительный подогрев кислородных датчиков и датчика оксидов азота, необходимый для их эффективной работы. Исполнительными устройствами системы рециркуляции отработавших газов являются электромагнитный клапан управления подачей вторичного воздуха, а также электродвигатель насоса вторичного воздуха. Управление системой улавливания паров бензина производится с помощью электромагнитного клапан продувки адсорбера.
Принцип работы системы управления двигателем основан на комплексном управлении величиной крутящего момента двигателя. Другими словами, система управления двигателем приводит величину крутящего момента в соответствия с конкретным режимом работы двигателя.
Система различает следующие режимы работы двигателя:
Изменение величины крутящего момента производиться двумя способами — путем регулирования наполнения цилиндров воздухом и регулированием угла опережения зажигания.
По материалам: avto-opel.com
Загрузка ... Поделиться "Система управления двигателем автомобиля"
Система управления двигателем автомобиля
5 (100%) проголосовало 1avto-opel.com
Наиболее полно реализуют алгоритм управления двигателем внутреннего сгорания цифровые системы и системы на основе микроконтроллера (рис. 3.94). Такие системы обеспечивают оптимальную мощность, максимальную долговечность, максимальную экономичность двигателя, а также минимальную токсичность выхлопных газов [44, 49].
Схематично устройство одного цилиндра бензинового двигателя внутреннего сгорания приведено на рис. 3.92 [54].
Через впускной клапан смесь топлива с воздухом попадает в цилиндр. При движении поршня вверх происходит сжатие смеси в цилиндре. Проскакивающая искра свечи поджигает смесь. Смесь сгорает. Возникает большое давление на поршень, который по схеме движется вниз, заставляя вращаться посредством шатуна коленчатый вал двигателя. Через выпускной клапан происходит выход продуктов горения. Шатун вместе с коленчатым валом называют кривошипно-шатунным механизмом. Обычно у автомобильного двигателя имеется 4 цилиндра, работающие на один коленчатый вал.
Рис. 3.92. Устройство одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания
Время поджига смеси должно быть оптимальным. Слишком раннее зажигание приводит к тому, что поршень принимает сильные встречные удары (детонация). Это приводит к потере мощности и к форсированному износу деталей двигателя. При позднем зажигании максимальное давление в цилиндре создается после перехода поршнем верхней мертвой точки. Смесь горит в такте расширения и в процессе выпуска. Давление газов не достигает своей максимальной величины, в силу чего мощность и экономичность двигателя снижаются. Происходит повышение токсичности выхлопных газов и повышение температуры двигателя.
Угол опережения зажигания, при котором двигатель развивает максимальную мощность на данном скоростном и нагрузочном режимах, называют оптимальным. Угол опережения увеличивается по определенному закону с увеличением скорости вращения коленчатого вала (рис. 3.93).
Рис. 3.93. Зависимость угла опережения зажигания от скорости вращения коленчатого вала [53, 55]
Такой закон может быть реализован механическими методами, но более точно можно это сделать электронной регулировкой. Мы не будем рассматривать классическую, но устаревшую механическую систему зажигания (с кулачками и механическим распределителем), а рассмотрим типовую современную электронную систему зажигания, упрощенная структура которой представлена на рис. 3.94. Основой электронной системы управления является плата микроконтроллера, построенная с использованием СБИС микроконтроллера, микросхем памяти (IN24LC04), логических микросхем (IN74HC14AD, IN74HC573ADW), интегрального стабилизатора напряжения ILE4267G и пары ИМС усилителей-формирователей сигнала с датчиков IL1815. Эта плата обрабатывает многочисленные сигналы, поступающие от датчиков (положения коленчатого вала, частоты вращения вала, температур охлаждающей жидкости и воздуха во впускном трубопроводе, детонации, положения дроссельной заслонки, расхода воздуха и др.). Как видно из рис. 3.94, в качестве датчика температуры здесь используются ИМС IL135 или IL235, а в датчике массового расхода воздуха — ИМС операционного усилителя IL9002.
Рис. 3.94. Структура электронной системы управления двигателем
В зависимости от текущего положения и скорости вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости и поступающего в двигатель воздуха, наличия или отсутствия детонации, положения дроссельной заслонки (педаль газа), скорости поступления воздуха в двигатель и др. микроконтроллер вырабатывает соответствующую последовательность сигналов и задает время формирования сигнала поджига каждой свечи (I—IV). Т.е. для каждого цилиндра микроконтроллер определяет «правильный» угол опережения зажигания. Кроме того, микроконтроллер управляет временем подачи смеси топлива в цилиндры путем открывания в соответствующие моменты форсунок, управляет электробензонасосом и др. Двухканальный коммутатор IL1055DWусиливает сигналы поджига свечи, формирует правильную форму, длительность и амплитуду импульса (обычно это 0,2 до 0,6 мс, 290-400 В на первичной обмотке катушки зажигания, 20—25 кВ на вторичной обмотке катушки зажигания). Коммутатор содержит также в своем составе микросхему управления и выходные высоковольтные ключи (каскады Дарлингтона или IGBT).
Что в общем случае может быть отнесено к ИМС и полупроводниковым приборам силовой электроники? Как было сказано выше, силовая электроника сформировалась для эффективного управления, регулирования преобразованием электрической энергии. А любую систему преобразования электрической энергии можно представить в виде блока реализации алгоритмов управления, блока сопряжения, выходного блока преобразования и управления исполнительным устройством. Микросхемы и дискретные приборы, выполняющие функции этих блоков систем преобразования электрической энергии, относятся непосредственно к элементной базе силовой электроники (ИМС формирователя импульсов — микроконтроллер, ИМС коммутатора, ключи коммутатора – каскады Дарлингтона или IGBT). Электрическая энергия аккумулятора или генератора с их помощью преобразуется в электрические высоковольтные импульсы поджига. Кроме того, к силовой электронике можно отнести схему управления форсунками (форсунка работает как электромагнитное реле), схему управления двигателем бензонасоса.
Так, в известных специалистам по автоэлектронике ЭСУД типа «МИКАС», «Январь», «АВТРОН» и др. используются микросхемы IL1815N, IL1815D — усилителя-формирователя сигнала с датчиков, IN24LC04 — энергонезависимой памяти 5128 бит с управлением по 12С шине, ILE4267G — специализированного стабилизатора напряжения, стандартной логики IN74HC14AD (шесть триггеров Шмитта) и IN74HC573ADW (восьмиразрядный регистр), IL135Z, IL235Z прецизионных датчиков температуры, IL1055DW — управления коммутатором зажигания. Микросхемы прецизионного операционного усилителя IL9002 широко применяются в конструкции электронного модуля датчика массового расхода воздуха.
Следует упомянуть и микросхему IL1055DW, которая предназначена для управления двумя мощными IGBT-транзисторами по сигналу от микропроцессора. Она осуществляет формирование управляющих импульсов по сигналам микропроцессора на входе мощного выходного ключа (IGBT — транзистор), задающего ток через катушку зажигания, обеспечивает автоматическое ограничение тока через катушку зажигания на уровне, достаточном для гарантированного формирования искры, обеспечивая при этом равенство токов через каждую катушку зажигания. Микросхема применяется в составе двухканального коммутатора модуля зажигания автомобилей с микропроцессорным управлением двигателя внутреннего сгорания.
Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.
nauchebe.net
Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к системам управления двигателями внутреннего сгорания инжекторного и карбюраторного типа, и предназначено для предотвращения несанкционированного запуска двигателя в целях угона автомобиля или другого транспортного средства. Система управления включает диск для установки на валу двигателя, на котором выполнена метка верхней мертвой точки и по крайней мере еще две дополнительные метки верхней мертвой точки, выполненные симметрично относительно центральной оси диска, воспринимающий датчик, в цепи между воспринимающим датчиком и блоком управления последовательно включены формирователь импульсов, процессор, снабженный определителем правомочности доступа к системе управления, выполненным в виде электронного замка с динамическим криптокодом, и формирователь выходных импульсов. Процессор связан по крайней мере одной мультиплексной шиной с мультиплексором, снабженным входами для сервисных устройств, и включает интерфейс ввода-вывода информации, к процессору через интерфейс ввода-вывода подключен персональный компьютер с соответствующей диагностической программой. Техническим результатом является повышение степени защищенности системы управления двигателем от несанкционированного запуска двигателя. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к транспортным средствам, а более конкретно к системам управления двигателем внутреннего сгорания инжекторного и карбюраторного типа, и предназначено для предотвращения несанкционированного запуска двигателя в целях угона автомобиля или другого транспортного средства.
Известна система управления двигателем внутреннего сгорания (см. в Приложении к заявке - А.С. СССР 1665056), включающая зубчатый диск для установки на валу двигателя, датчики положения в верхней мертвой точке (ВМТ) и угловой скорости, связанные с блоком управления. На диске выполнена только одна метка ВМТ. Работает система-аналог следующим образом. При помощи стартера приводят во вращение коленчатый вал двигателя. Вместе с валом вращаются зубчатый диск и метка ВМТ на нем. Зубчики диска взаимодействуют с датчиками, которые формируют стробирующие импульсы и передают их к блоку управления. После прихода от датчика ВМТ импульса, соответствующего нахождению поршня в ВМТ, в блоке управления запускается программа, управляющая подачей топлива в камеру сгорания. Недостатком аналога является низкая степень защищенности от несанкционированного запуска двигателя в целях угона. Известна также система управления двигателем внутреннего сгорания (см. Приложение - А.С. СССР 1746017), принятая авторами за прототип, включающая зубчатый диск, для установки на валу двигателя, воспринимающий датчик, связанный с блоком управления. На диске выполнена только одна метка ВМТ. Работает прототип аналогично первому аналогу. При вращении коленвала воспринимающий датчик формирует соответствующие угловому положению вала стробирующие импульсы. При взаимодействии метки ВМТ с датчиком последний формирует соответствующий электрический импульс, который распознается блоком управления как импульс, идущий от метки ВМТ. Этот импульс запускает соответствующую управляющую программу. Недостатком прототипа, так же как и у аналога, является низкая степень защищенности от несанкционированного запуска двигателя. Технической задачей, вытекающей из уровня техники, является повышение степени защищенности системы управления двигателя от несанкционированного запуска двигателя. Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что система управления двигателем включает диск для установки на валу двигателя, воспринимающий датчик, связанный с блоком управления. На диске выполнена метка ВМТ, соответствующая действительному нахождению поршня в ВМТ. При этом на диске выполнены по крайней мере еще две дополнительные метки ВМТ, являющиеся ложными метками, т.е. они не соответствуют реальному нахождению поршня в ВМТ. В информационной цепи между воспринимающим датчиком и блоком управления последовательно включены формирователь входных импульсов, процессор и формирователь выходных импульсов. Причем процессор снабжен определителем правомочности доступа к системе управления. Работает заявляемое устройство следующим образом. Вращают коленвал. Вместе с валом на диске вращаются все три метки ВМТ: одна метка подлинная - основная и две ложные - дополнительные. При вращении вала метки ВМТ вызывают генерацию на выходе воспринимающего датчика три одинаковых по форме импульса, но смещенных друг относительно друга по времени. Если бы в заявляемой системе управления в цепи между датчиком и блоком управления не было последовательно включенных процессора и двух обслуживающих его формирователей импульсов, все три импульса попадали бы в блок управления без изменений. Последний не способен различить, какой из трех импульсов соответствует подлинной метке ВМТ, а какие - ложным меткам ВМТ. Поэтому в программе блока управления возникают сбои и она останавливает работу системы управления - двигатель не запускается. В заявляемом устройстве все три импульса сначала попадают в формирователь входных импульсов, который преобразует их в форму, которую способен принять и переработать процессор. Процессор при санкционированном доступе к системе управления и соответствии формы импульсов "своему" диску производит операцию удаления из пакета развертки импульсов - импульсы, соответствующие ложным дополнительным меткам ВМТ. Остальные импульсы, в том числе и импульсы от подлинной метки ВМТ, процессор пропускает через себя к блоку управления без изменений. После процессора импульсы прежде чем попасть в блок управления входят в формирователь выходных импульсов, где их преобразуют в форму, которую может воспринять блок управления. Попадая в блок управления, импульсы от диска запускают соответствующую программу, которая выдает управляющие команды к устройствам, обеспечивающим работу двигателя. При несанкционированном доступе к системе управления, т.е. при неполучении процессором от определителя правомочности доступа соответствующей разрешительной санкции, процессор блокирует прохождение через себя каких-либо импульсов и делает невозможным запуск в работу блока управления и, следовательно, запуск двигателя. Кроме того, запуск двигателя невозможен также при попытке подключить воспринимающий датчик напрямую к блоку управления, т.к. импульсы от ложных меток ВМТ будут блокировать работу программы блока управления, настроенной на одну метку ВМТ. Таким образом, благодаря введению изменений в конструкцию диска и дополнительных управляющих блоков в информационной цепи между датчиком и блоком управления в заявляемом устройстве достигается поставленная техническая задача - повышение степени защищенности от несанкционированного запуска двигателя. Дополнительные метки ВМТ выполнены симметрично относительно центральной оси диска, что облегчает процессору по их взаимному расположению определять, какая метка ВМТ подлинная, а какая ложная. Кроме того, симметричное расположение меток на диске предотвращает внесение дисбаланса во вращающую массу диска в случае если бы дополнительные метки ВМТ были бы расположены как-то иначе. Процессор связан по крайней мере одной мультиплексной шиной с мультиплексором, снабженным входами для сервисных устройств, что позволяет использовать свободные операционные мощности процессора для обеспечения их функционирования, когда двигатель не работает. Процессор снабжен интерфейсом ввода-вывода информации, позволяющим подключать напрямую к процессору дополнительные сервисные устройства, например персональный компьютер с соответствующей диагностической программой, обеспечивающей диагностирование состояния двигателя и вывод результатов на дисплей компьютера для принятия водителем решений. Определитель правомочности выполнен в виде электронного замка с динамическим криптокодом, что дополнительно повышает степень защищенности от несанкционированного запуска двигателя за счет того, что многоразрядный код замка и соответственно код ключа меняются в соответствии с индивидуальной программой при каждом обращении к системе управления для запуска двигателя. Изобретение является новым, т.к. оно неизвестно из уровня техники. Изобретение имеет изобретательский уровень, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники. На чертеже схематично изображена функциональная блок-схема заявляемого устройства. Система управления двигателем автомобиля включает диск 1 для установки на валу двигателя, соответствующий ему воспринимающий датчик 2 (индукционный, оптоэлектрический, основанный на эффекте Холла и др.), связанный с блоком управления 3. На зубчатом диске 1 выполнены три одинаковых метки ВМТ: первичная метка 4, соответствующая действительному нахождению поршня двигателя в ВМТ и две осесимметричные метки 5, являющиеся ложными метками, не соответствующими реальному нахождению поршня в ВМТ. В электрической цепи между датчиком 2 и блоком управления 3 последовательно включены формирователь входных импульсов 6, процессор 7 и формирователь выходных импульсов 8. Причем процессор 7 снабжен определителем правомочности доступа к системе управления 9. Процессор 7 снабжен мультиплексной шиной 10 с мультиплексором 11 для подключения сервисных устройств 12 (например, датчика удара, датчика сканирования салона, микроволнового датчика движения и др.). Процессор 7 снабжен также интерфейсом ввода-вывода информации, позволяющим подключить напрямую к процессору 7 дополнительные сервисные устройства. Например персональный компьютер 13, снабженный соответствующей программой для проведения диагностики состояния двигателя, не выходя из кабины автомобиля. Определитель правомочности доступа 9 выполнен в виде электронного замка с динамическим криптокодом. Работает заявляемая система управления двигателем следующим образом. При помощи стартера приводят во вращение коленчатый вал двигателя. Вместе с валом вращаются зубчатый диск 1 и метки 4,5 на нем. Индукционный датчик 2 взаимодействует с зубчиками диска 1 и на выходе вырабатывает двухполярные непрерывные синусоидальные электрические импульсы. При взаимодействии с выступом зубчика датчик 2 формирует вершину синусоиды. При взаимодействии со впадиной формирует нижнюю вершину синусоиды. При взаимодействии датчика 2 с меткой 4 (которая представляет собой протяженную впадину) датчик 2 формирует соответствующий ей по форме удлиненный импульс. Далее импульс от датчика 2 попадает на вход формирователя 6, который преобразует непрерывные двухполярные импульсы датчика 2 в дискретные однополярные электрические импульсы прямоугольной формы, которые способен воспринять и переработать процессор 7. Процессор 7 работает следующим образом. При установке диска 1 на вал двигателя его первоначально устанавливают на вал с одной меткой 4 - подлинной, соответствующей действительному положению поршня двигателя. Далее вал с диском 1 проворачивают на один полный оборот. При этом в памяти процессора 7 записывается стандартная (традиционная) форма диска 1 с одной меткой 4. Затем в форму диска 1 вносятся искажения - добавляются две осесимметричные дополнительные метки 5. После чего снова проворачивают вал с диском 1 и записывается в память процессора 7 форма измененного диска 1. В дальнейшем процессор 7 будет взаимодействовать только с данным диском 1. Информацию от любого другого диска, т.е. с другим взаиморасположением основной 4 и дополнительными метками 5 процессор 7 перерабатывать (передавать дальше) не будет. Основная задача процессора 7 - восстанавливать первоначальную (нормальную) форму диска 1, точнее приводить форму импульсов, проходящих через процессор 7, к виду, соответствующему форме импульсов от диска 1 с одной - подлинной меткой 4. Причем делать это только при условии, что диск 1 - "свой", т.е. у которого такое же взаимное расположение трех меток 4, 5 и при условии, что доступ к системе санкционирован владельцем автомобиля. Итак, на выходе процессора 7 мы имеем однополярные прямоугольные импульсы, как если бы они были вызваны (возбуждены) стандартным диском 1, т.е. диском 1 с одной (подлинной) меткой 4. С выхода процессора 7 эти импульсы поступают на вход формирователя 8, который преобразует дискретные однополярные прямоугольные импульсы процессора 7 в непрерывные двухполярные синусоидальные импульсы, как будто они приходят от индукционного датчика 2. В таком виде эти импульсы поступают на вход блока управления 3, который выдает управляющие импульсы для устройств, обеспечивающих бесперебойную работу двигателя: свечей зажигания, бензонасоса и др. При санкционированном доступе к системе управления двигателем она работает следующим образом. Вращают вал двигателя. Вместе с ним вращаются метки 4, 5. Датчик 2 выдает на выходе двуполярные импульсы. Формирователь 6 преобразует их в однополярные. Попадая в процессор 7, импульсы приводятся к виду, который соответствует диску 1, но с одной меткой 4. Далее импульсы попадают на вход формирователя 8, где они преобразуются в двухполярные импульсы и поступают на вход блока управления 3, который в соответствии с ними выдает управляющие команды. При попытке несанкционированного запуска двигателя система управления работает иначе. Вращают вал. Датчик 2 вырабатывает соответствующие форме диска 1 импульсы, которые поступают в формирователь 6, где они преобразуются в прямоугольные импульсы, которые поступают на вход процессора 7. Если от определителя правомочности доступа 9 к процессору 7 не приходит соответствующий разрешительный сигнал, либо если процессор 7 определяет, что развертка импульсов, пришедших от диска 1 не соответствует форме "своего" диска 1, заложенной в память процессора 7, последний делает вывод, что происходит попытка несанкционированного запуска двигателя. При этом процессор 7 не пропускает далее импульсы от диска 1 далее к формирователю 8 и соответственно к блоку управления 3, т.е. блокирует работу системы управления и делает невозможным запуск двигателя, что повышает степень защищенности заявляемой системы управления от несанкционированного запуска двигателя, т.е. решается поставленная техническая задача. Кроме того, запуск двигателя невозможен также при попытке подключить датчик 2 напрямую к блоку управления 3, т.к. импульсы от ложных меток 5 будут блокировать работу программы блока управления 3, настроенного на одну метку 4, что также повышает степень защищенности системы от несанкционированного запуска. Кроме того, многоразрядный код электронного замка 9 и ответного ключа меняется при каждом обращении к системе управления для запуска двигателя, что также повышает степень защищенности заявляемой системы управления от несанкционированного запуска двигателя. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "промышленная применимость", т.к. техническая задача, вытекающая из уровня техники, решается полностью. Кроме того, когда автомобиль находится на стоянке и двигатель не работает, процессор 7 может обслуживать дополнительные охранные системы автомобиля: датчик удара, датчик сканирования салона, микроволновый датчик движения и другие - поз. 12. Обмен данными между устройствами 12 и процессором 7 осуществляется через мультиплексную шину 10 и мультиплексор 11. Благодаря этому полнее используются информационные мощности процессора 7 и расширяются возможности заявляемой системы управления. Кроме того, возможность напрямую подключать к процессору 7 персональный компьютер 13 позволяет водителю, не выходя из кабины своего автомобиля, проводить полную диагностику двигателя, не обращаясь при этом к услугам автосервиса, что также расширяет возможности заявляемой системы управления двигателем. Кроме того, к настоящему времени изготовлен опытный образец заявляемого устройства. Проведены успешные его испытания. Планируется серийное производство заявляемого устройства.Формула изобретения
1. Система управления двигателем внутреннего сгорания, включающая диск для установки на валу двигателя, воспринимающий датчик, связанный с блоком управления, на диске выполнена метка верхней мертвой точки, отличающаяся тем, что на диске выполнены по крайней мере еще две дополнительные метки верхней мертвой точки, а в цепи между воспринимающим датчиком и блоком управления последовательно включены формирователь входных импульсов, процессор, формирователь выходных импульсов, причем процессор снабжен определителем правомочности доступа к системе управления. 2. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные метки выполнены симметрично относительно центральной оси диска. 3. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что процессор связан по крайней мере одной мультиплексной шиной с мультиплексором, снабженным входами для сервисных устройств. 4. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что процессор снабжен интерфейсом ввода-вывода информации. 5. Система управления по п.4, отличающаяся тем, что к процессору через интерфейс ввода-вывода подключен персональный компьютер с соответствующей диагностической программой. 6. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что определитель правомочности выполнен в виде электронного замка с динамическим криптокодом.РИСУНКИ
Рисунок 1www.findpatent.ru
12.05.2010
Система впрыскивания топлива
Система впрыскивания топлива состоит из трех подсистем, которые, работая вместе, управляют процессом сгорания и обеспечивают обратную связь по рабочей эффективности. Эти подсистемы:
1. Воздухозабор2. Подача топлива3. Управление расходом топлива
Система воздухозабора обеспечивает подачу воздуха, необходимого для процесса сгорания, и измеряет количество воздуха, входящего в двигатель. Типичные элементы включают в себя воздухозаборник, воздушный фильтр, впускные каналы, измеритель (или датчик) расхода (или массы) воздуха и другие специальные элементы системы воздухозабора.
Система подачи топлива подает бензин из топливного бака, фильтрует его и подает под высоким давлением к двигателю. В число элементов системы входит топливный насос, топливный фильтр, топливный коллектор, топливные форсунки, регулятор давления и гаситель пульсаций. На двигателях с замкнутым топливным контуром система также включает в себя топливопровод, который возвращает неиспользованное топливо в бак (возвратный топливопровод).
В системе управления расходом топлива имеются входные датчики, которые выполняют непрерывные измерения и передают эту информацию к компьютеру управления двигателем. Компьютер определяет количество топлива для впрыскивания и использует выходные исполнительные устройства для активизации топливных форсунок на точный промежуток времени. Работа компьютера управления двигателем более подробно обсуждается дальше.
Компьютер делает несколько тысяч вычислений в минуту и постоянно регулирует количество топлива по мере изменения условий движения. Эти процессы идут непрерывно с момента запуска двигателя. Впрыскивание топлива основывается на чрезвычайно точном измерении количества впускаемого воздуха. Любой сбой, который не позволит получить эту информацию, приведет к тому, что компьютер даст неверную оценку параметров впрыскивания топлива.
Компьютер вычисляет количество впрыскиваемого топлива, основываясь на получаемых им входных сигналах, сообщающих о расходе воздуха, его массе и температуре воздухозабора.
Система управления двигателем
Система управления двигателем управляется бортовым компьютером, который различными изготовителями называется по разному. Ниже даются два самых распространенных названия этого компьютера:
• Модуль управления силовым агрегатом (РСМ)• Модуль управления двигателем (ЕСМ)
В настоящей публикации контроллер двигателя упоминается, как РСМ.
РСМ - это сердце современной системы управления двигателем. Он управляет системой зажигания, системой впрыскивания топлива и другими элементами. РСМ предназначается для увеличения эффективности двигателя и уменьшения токсичности отработавших газов
РСМ сохраняет стехиометрическое соотношение "воздух / топливо" в условиях движения с экономичной скоростью. Однако, условия движения изменяются, и стехиометрическая воздушно-топливная смесь не будет идеальной для всех условий. В зависимости от рабочих условий РСМ делает воздушно-топливную смесь более богатой или более бедной.
РСМ получает информацию от входных датчиков и посылает управляющие сигналы соответствующим выходным устройствам, таким как топливные форсунки. Расположение РСМ и датчиков зависит от модели и изготовителя. За информацией по расположению элементов всегда обращайтесь к Руководству для станций технического обслуживания.
Входные устройства РСМ
Входные датчики непрерывно подают подробную информацию, связанную с различными аспектами работы автомобиля. В следующем разделе описываются датчики, характерные для современных систем управления силовым агрегатом.
Сигнал импульса зажигания
РСМ получает сигнал импульса зажигания от катушки зажигания и на основании этого сигнала задает количество и опережение впрыскивания топлива.
Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя
Более богатые воздушно-топливные смеси компенсируют плохую испаряемость топлива при низкой температуре. РСМ контролирует температуру охлаждающей жидкости и увеличивает объем впрыскивания топлива, чтобы улучшить общие динамические характеристики автомобиля при холодном двигателе.
Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) измеряет температуру охлаждающей жидкости по изменению электрического сопротивления. Терморезистор изменяет свое электрическое сопротивление в соответствии с изменением температуры.
Датчик температуры воздухозабора
Датчик температуры воздухозабора (IAT) - это терморезистор. Он располагается в системе воздухозабора двигателя и служит для определения температуры входящего воздуха. Датчик IAT подает сигнал напряжения, изменяющийся в зависимости от сопротивления. Сопротивление датчика и результирующее напряжение датчика высокие, когда датчик холоден. При повышении температуры сопротивление и напряжение датчика уменьшаются.
Датчик положения коленчатого вала (СКР)
РСМ использует частоту вращения коленчатого вала двигателя, чтобы помочь задать базовое количество впрыскивания. Датчик положения коленчатого вала (СКР) может располагаться на коленчатом вале или внутри распределителя.
Около датчика быстро вращается специальный ротор (импульсное колесо), снабженный выступами или зубьями и расположенный на коленчатом вале. Датчик регистрирует изменение напряженности магнитного поля при каждом прохождении выступа рядом с ним.
Датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя
Датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, установленный в распределителе, или датчик угла поворота коленчатого вала может быть дискового типа или устройством, работа которого базируется на эффекте Холла.
В датчике дискового типа используется диск с прорезями, установленный на вале распределителя, два светодиода и два фотодиода. Один светодиод указывает на угол поворота коленчатого вала, в то время как второй светодиод указывает на положение цилиндра.
Датчик положения распределительного вала (СМР)
РСМ использует датчик положения распределительного вала (СМР) для отслеживания положения всех цилиндров и управления топливной системой и системой зажигания. Датчик регистрирует положение в.м.т. на ходе сжатия для цилиндра 1 1 и может располагаться в распределителе или около распределительного вала. Датчик СМР регистрирует изменения напряженности магнитного поля, вызванные выступами на шкиве распределительного вала.
Датчик скорости автомобиля
Датчик скорости автомобиля (VSS) указывает скорость движения автомобиля. Имеются три распространенных типа датчика VSS - датчики типа герконового реле и типа оптропары находятся в спидометре, а датчик электромагнитного типа находится на вторичном вале коробки передач.
Некоторые изготовители автомобилей для получения информации о скорости автомобиля также используют датчик скорости колеса, который является частью антиблокировочной системы тормозов.
Кислородные датчики
Передний кислородный датчик измеряет плотность кислорода в отработавших газах и подает соответствующий сигнал к РСМ. Передний кислородный датчик располагается перед каталитическим нейтрализатором. РСМ использует входной сигнал от переднего кислородного датчика для расчета изменений в соотношении "воздух/ топливо".
Кроме того, имеется и задний кислородный датчик, устанавливаемый за каталитическим нейтрализатором. РСМ сравнивает сигналы от двух кислородных датчиков для контроля эффективности каталитического нейтрализатора и определения,правильно ли работает каталитический нейтрализатор.
Датчик положения дроссельной заслонки (TPS)
Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) -это варистор (потенциометр), установленный на дроссельной заслонке. Корпус дроссельной заслонки открывается и закрывается посредством троса, который соединяется с педалью акселератора. Когда дроссельная заслонка закрыта, компьютер снимает сигнал низкого напряжения. Когда дроссельная заслонка широко открыта, компьютер снимает сигнал высокого напряжения.
Датчик массового расхода воздуха/ расхода воздуха
Датчик массового расхода воздуха (MAF) измеряет объем и плотность входящего воздуха. При выполнении измерений датчик MAF способен принимать во внимание температуру, плотность и влажность воздуха. Все эти параметры, взятые вместе, определяют "массу" входящего воздуха. Компьютер использует информацию о фактическом массовом расходе воздуха, что помогает рассчитывать соотношение "воздух/топливо".
Прочие входные устройства
В зависимости от изготовителя автомобиля имеется несколько других входных устройств. В число прочих входных устройств могут входить следующие:
• Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) - измеряет изменения в давлении воздуха во впускном коллекторе.• Датчик детонации - посылает РСМ сигнал на уменьшение угла опережения зажигания в случае повышенной детонации.• Переключатель парковочной передачи/нейтрального положения (P/N) - сообщает РСМ, находится ли коробка передач в положении ПАРКОВОЧНОЙ передачи или в НЕЙТРАЛЬНОМ положении или на одной из передач движения.• Реле давления усилителя рулевого управления (при частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода) - используется для регистрации высокого давления рабочей жидкости в системе усилителя рулевого управления.• Реле высокого давления А/С - посылает к РСМ "запрос" на включение А/С, чтобы РСМ мог включить компрессор А/С.• Переключатель круиз-контроля - когда РСМ получает сигнал круиз-контроля, он сохраняет желаемое значение скорости в памяти, что позволяет обеспечить сохранение этой скорости.
Выходные исполнительные устройства открывают и закрывают клапаны, впрыскивают топливо и выполняют другие задачи, реагируя на управляющие сигналы, поступающие от РСМ. Некоторые исполнительные устройства управляются, в то время как другие просто включаются или выключаются. Отрезок времени, в течение которого работает исполнительное устройство, - это его рабочий цикл. РСМ управляет рабочими циклами и в зависимости от необходимости может или удлинять или сокращать их.
Топливные форсунки
Топливо подается к двигателю посредством топливных форсунок. Топливными форсунками управляет РСМ. Непрерывная подача топлива под давлением в топливную форсунку выполняется топливным насосом. Топливная форсунка - это электромагнитный клапан, который активизируется при обеспечении компьютером электрической цепи на "массу", и после этого топливо под давлением "впрыскивается" во впускной коллектор. Компьютер управляет расходом топлива посредством широтно-импульсной модуляции времени включенного состояния форсунки. Время включенного состояния форсунки определяется комбинацией ранее описанных входных сигналов РСМ.
Клапан управления подачей воздуха в режиме холостого хода
Клапан управления подачей воздуха в режиме холостого хода (IAC) располагается в корпусе дроссельной заслонки. Клапан IAC состоит из подвижной иглы, которая управляется маленьким электродвигателем, называемым шаговым электродвигателем. Шаговый электродвигатель способен перемещаться, выполняя очень точные, отмеренные "шаги". Компьютер использует клапан IAC для управления частотой вращения коленчатого вала в режиме холостого хода. Клапан IAC изменяет положение иглы в канале воздуха холостого хода в корпусе дроссельной заслонки. Тогда характер потока входящего воздуха около дроссельной заслонки, когда она закрыта, изменяется.
Электрический топливный насос
В большинстве систем впрыскивания топлива используется встроенный в бак, управляемый реле электрический топливный насос. Когда включается переключатель зажигания, компьютер, прикладывая напряжение аккумулятора, возбуждает реле, которое управляет топливным насосом. Реле остается включенным до тех пор, пока двигатель не начнет проворачивать двигатель или последний не начнет работать и компьютер не получит базовые импульсы. Если базовые импульсы отсутствуют, компьютер выключает реле.
Электрический вентилятор охлаждения
При определенных условиях, для охлаждения радиатора и/или конденсатора А/С, используются одиночные или двойные электрические вентиляторы охлаждения. На большинстве вариантов вентиляторы охлаждения управляются РСМ. В вариантах с компьютерным управлением используются реле вентилятора охлаждения. Компьютер обеспечивает заземление реле вентилятора охлаждения на "массу", подавая напряжение системы к электродвигателю вентилятора охлаждения при соблюдении некоторых или всех нижеперечисленных условий:
• Датчик температуры охлаждающей жидкости указывает высокую температуру охлаждающей жидкости• Запрашивается включение системы А/С • А/С включена, а скорость автомобиля ниже заданной• Давление на стороне высокого давления А/С выше заданного значения, возможно размыкание реле высокого давления
Контрольная лампа неправильной работы
Контрольная лампа необходимости обслуживания двигателя или контрольная лампа неправильной работы (MIL) горит, когда ключ зажигания поворачивается во включенное положение (ON) при неработающем двигателе. Не волнуйтесь по этому поводу, потому что это только быстрая проверка лампы. Когда двигатель работает, обычно MIL не горит. Если в памяти сохраняется код неисправности, или компьютер входит в резервный режим, MIL загорается, что означает наличие заземления компьютером электрической цепи MIL. Если состояние изменяется и код (или коды) неисправности больше не присутствуют, лампа может погаснуть, но код остается в памяти компьютера.
Бортовая диагностика
РСМ содержит диагностическое программное обеспечение, которое контролирует работу автомобиля и регистрирует возникающие неисправности. Это программное обеспечение именуется бортовой диагностикой (OBD).
В 1994 году изготовители начали оборудовать автомобили РСМ, содержащими систему бортовой диагностики второго поколения (OBD II) или EOBD для Европы. Программное обеспечение контролирует те параметры в системах впрыскивания топлива и понижения токсичности выхлопа, которые могут вызвать рост токсичности выхлопа. В дополнение к проверке на наличие неисправности элементов, OBD II проверяет и тестирует правильность работы подсистем. Кроме того, она следит за ухудшением работы датчиков и исполнительных устройств.
Управление регулятором давления топлива
В некоторых двигателях РСМ увеличивает давление топлива, чтобы предотвратить образование "паровой пробки" (закипания), когда температура двигателя при повторном запуске высока. Например, если температура охлаждающей жидкости при запуске равняется 212°F (100 °С) или выше, РСМ активизирует электромагнитный клапан управления регулятором давления.
Когда электромагнитный клапан работает, подача вакуума к регулятору давления уменьшается, заставляя давление топлива становиться выше чем для обычных рабочих условий двигателя. Электромагнитный клапан остается активизированным в течение короткого времени после запуска двигателя.
Система базового холостого хода
Байпас позволяет некоторому количеству впускаемого воздуха входить во впускной коллектор при работе двигателя в режиме холостого хода, потому что дроссельная заслонка почти полностью закрыта. Клапан IAC управляет "байпасным" воздухом, необходимым для стабилизации частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода при различных нагрузках (А/С, электрическая нагрузка, усилитель рулевого управления и т.д.). Клапан IAC, который является исполнительным устройством электромагнитного типа, активизируется РСМ. Этот клапан обеспечивает точное управление количеством воздуха, который обходит дроссельную заслонку.
В некоторых автомобилях для управления базовым холостым ходом используется комбинация из двух клапанов: механического и электромагнитного. При запуске из холодного состояния открыты оба клапана, что обеспечивает дополнительное поступление воздуха при запуске и прогреве. По мере увеличения температуры охлаждающей жидкости до нормальной, механический клапан постепенно закрывается, а воздух проходит только через электромагнитный клапан.
Так же рекомендуем прочитать Вам интересную статью Кузовные детали
www.mskjapan.ru
