Тема 4. Электронные системы управления двигателем лекция 10. Системы топливоподачи

1. Основные принципы управления двигателем

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

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

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

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

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

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

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

2. Карбюраторы с электронным управлением

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

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

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

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

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