Объединенные системы управления двс
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:
1. Совмещение функций агрегатов и датчиков позволяет сократить их количество.
2. Процессы зажигания и смесеобразования оптимизируются совместно, что позволяет улучшить основные характеристики двигателя.
3. 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.
 | |||
|
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.
 | |||
|
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