6.6. Алгоритм программы

Специалисту по электронным системам управления ДВС необходимо четко представлять работу блока, задающего угол опережения зажигания (УОЗ) при ремонте ЭБУ, связанном с заменой деталей или блока в целом, особенно при замене ЭБУ на другую модель с последующей настройкой параметров системы управления ДВС (чип-тюнингом). В более сложных случаях может понадобиться изменение алгоритма работы системы (самой программы ЭБУ), что потребует замену микроконтроллера, так как программа в микроконтроллере обычно защищена от изменения (записи) и чтения.

Отработка алгоритмов работы систем ДСВ производится на предприятиях автопрома в специально предназначенных для этого

обкатываются при работающем ДВС на всех режимах в течение длительного времени. При этом ищутсяДалгоритмы управления УОЗ,

обеспечивающие выполнение экологических требований по вредным выбросам и экономию топлива. ФактическиАработа на богатой или бедной топливовоздушной смеси не допускается. Состав смеси для норм токсичности Евро-3 и Евроб-4, которые хотят ввести в России, должен быть

в пределах 0,99−1,01, т. е. с допуском ±1% на всех стационарных режимах

работы двигателя. Допускаетсяи кратковременное отклонение от этих

значений на переходных реж мах работы двигателя. Это достигается только при использован электронной системы управления двигателем с впрыском топливаС.

На процесс воспламенен я топливовоздушной смеси влияет величина времени накопления энергии в катушке зажигания, которая может быть как одинаковой, так и различной для бензина и газового топлива. При работе на газовом топливе момент начала зажигания наступает раньше, чем при работе на бензине. В этом случае необходимо раньше начинать накопление энергии в катушке зажигания.

Скорость горения зависит от химического состава топлива (в частности, от содержания молекул водорода), который увеличивает число активных центров в начале процесса окисления.

При одинаковом химическом составе топлива на скорость горения будет оказывать влияние и размер его молекул. Чем меньше молекула, тем меньше энергии необходимо на ее разложение с последующим окислением атомов водорода и углерода, а также тем проще доступ радикалов и молекул кислорода к атомам углерода. Кроме этого, скорость горения зависит также и от качества приготовления смеси – от однородности

59

топливовоздушной смеси, от степени турбулизации потока в камере сгорания ДВС и других параметров. Математические модели процессов, происходящих при горении топлив, требуют значительного машинного времени для расчета параметров и неприемлемы для современных электронных блоков управления двигателем внутреннего сгорания, так как требуют применения мощных процессоров, что приведет к значительному удорожанию ЭБУ. Поэтому используется более простой алгоритм, определяющий УОЗ топливной смеси по таблицам, записанным в микросхему постоянного запоминающего устройства, находящуюся внутри ЭБУ. Эти таблицы заполняются при испытаниях двигателей на заводе-изготовителе.

Угол опережения зажигания для конкретного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и вида топлива обычно определяется следующими путями:

1.Длительными стендовыми испытаниями по определению угла опережения зажигания на всех режимах его работыИкак на стационарных, так и на переходных режимах при поставленных начальных условиях. Этими условиями могут быть максимальные значения крутящего момента

имощности двигателя или минимальныйДрасход топлива с учетом отсутствия детонации на всех режимах работы ДВС. Обычно определяются обе эти характеристикиАи используются в зависимости от условий движения, нагрузки автомобиля и манеры езды конкретного водителя. б

2.Для первого при лижения углы опережения зажигания могут быть

взяты с аналога данного ДВС с последующей коррекцией в процессе доводочных работ. и

3.Углы опережен я заж гания могут быть определены также расчетным путемС, если звестна скорость горения топливовоздушной смеси в различных услов ях, которые реализуются на конкретном ДВС.

Угол опережения зажигания – это функция многих параметров. Мы учтем основные параметры, которые оказывают на него максимальное воздействие, и не станем учитывать остальные, влияние которых незначительно.

где α – состав смеси; T – температура топливной смеси перед началом воспламенения, зависит от начальной температуры всасываемой топливной смеси, а также от степени ее сжатия и температуры стенок цилиндров, т. е. от температуры двигателя; Р – давление топливной смеси перед началом воспламенения и в процессе горения, изменяется с течением времени, т. е. Р = f(t); Wгор – скорость горения топливовоздушной смеси; n – частота вращения коленчатого вала (КВ) двигателя; Gв – расход воздуха; V – объем камеры сгорания, м3 (для расчета примем 0,0004 м3).

60

В научных статьях, где рассматриваются эти теоретические вопросы, формулы для вычисления УОЗ и других параметров имеют общий вид. Их невозможно вставить в алгоритм программы для вычисления численных значений величин.

Этот путь достаточно сложен, так как нет полной теории определения скорости горения в различных условиях, поэтому в данном случае требуются соответствующая проверка и корректировка углов опережения зажигания в процессе испытаний ДВС.

4. Пересчетом угла опережения зажигания, полученного при проведении испытаний, с одного вида топлива на другое в зависимости от скорости их сгорания в воздушной среде при различных составах смеси, температурах и давлениях с последующей корректировкой при доводочных работах.

Разработанная нами модель ДВС имеет все необходимые датчики, а в качестве электронного блока управления (ЭБУ) для обработки сигналов с датчиков и управления исполнительными механизмами служит контроллер Ардуино. Через него система подключается к ноутбуку.

Основное достоинство разработанной модели и системы управления в том, что они позволяют сравнить несколько вариантов вычисления угла

распределителе системы зажигания, которая рассматривается в любом учебнике по электрооборудованию автомобилей. Отличие будет состоять в том, что величина коррекции УОЗ, вносимая вакуум-корректором, будет зависеть от частоты вращения вала ДВС: при увеличении частоты вращения она будет уменьшаться.

Алгоритм уменьшения угла опережения зажигания, вносимого вакуум-корректором с ростом частоты вращения двигателя, можно пояснить графически (рис. 53). При вычислении изменения УОЗ, вносимого вакуум-корректором, нужно умножать её на К, а затем добавлять к суммарному УОЗ.

На графике видно, что до 2000 об/мин вакуум-корректор вносит коррекцию на заданную величину угла, пропорциональную увеличению мощности. Далее величина вносимого угла опережения начинает линейно стремиться к нулю таким образом, что при 3500 об/мин величина

61

вносимого угла составит половину от выставленного, а при 5000 об/мин и на более высоких частотах вращения корректор перестаёт вносить коррекцию и выходной УОЗ остается без изменений.

К

1

0,5

Рис. 53. Изменение коэффициента влияния вакуум-коррекции на УОЗ

1.Начальное значение УОЗ = 10−12До – режимИхолостого хода.

2.При увеличении скорости вращения маховика от оборотов холостого хода до максимальныхАУОЗ увеличивается линейно на 20о. При этом используются сигналы с датчика скорости.

3.При увеличении механической нагрузки на ДВС (увеличении мощности) и нажатии на бпедаль газа (увеличении размеров отверстия дросселя) УОЗ увеличивается на 0 – 20о пропорционально уменьшению разряжения во впускномиколлекторе. Используются сигналы с датчика давления во впускном коллекторе.

Причем величинаС, на которую производится увеличение УОЗ, умножается на коэффиц ент, зав сящ й от скорости вращения (см. рис. 53).

4.При возникновении события «детонации» (вызывается легким ударом по датчику детонации) происходит прерывание программы, при котором обработчик прерывания скачкообразно увеличивает УОЗ на 5о, с последующим уменьшением его на 1° через каждые 10 циклов.

Упрощенный алгоритм программы для микроконтроллера модуля Ардуино представлен на рис. 54. Он меняется в процессе обучения.

После объявления глобальных переменных и инициализации устройств в секции setup() попадаем в главный цикл loop(), ждем верхнюю мертвую точку (ВМТ), запоминаем время ВМТ, ждем нижнюю мертвую точку (НМТ), заодно в цикле измеряем давление и определяем: минимальное или среднее. Запоминаем время НМТ, отнимаем от него время ВМТ, определяем длительность половины оборота, вычисляем скорость вращения, длительность поворота на 1°, коррекцию УОЗ по скорости, коррекцию по нагрузке (давлению во впускном коллекторе) в зависимости от скорости.

62

Рис. 54. Упрощенный алгоритм программы для управления УОЗ

63