Электронные системы управления работой ДВС.

Электронная система управления двигателем (рис. 1) организует оптимальную работу его с учетом состояния: качества бензина, атмосферных условий, действий во­дителя. Оптимальность работы двигателя - это хорошие динамические качества ав­томобиля, снижение токсичности ОГ, повышение экономичности и т.д. Хорошая приемистость и КПД двигателя достигаются при максимальном исполь­зовании антидетонационных свойств бензина с помощью обратной связи с датчи­ком детонации (ДД), который контролирует жесткость сгорания (скорость нараста­ния давления). Снижение токсичности ОГ и повышение экономичности достигается путем опре­деления количества кислорода в ОГ датчиком кислорода (ЦК). Электронный блок управления принимает всю поступающую информацию с дат­чиков, выполняет расчеты и воздействует на исполнительные устройства ЭСУД: фор­сунки, катушки зажигания (КЗ), регулятор холостого хода (РХХ, РДВ), электробензо­насос (ЭБН).

Электронная система управления двигателем (ЭСУД)3.

Собственно, арифметическими действиями и логическими операциями заведует микропроцессор БУ. Работать микропроцессору помогают три типа памяти: посто­янная, оперативная и программируемая постоянная. Из первой (ПЗУ) и третьей (ППЗУ) памяти БУ берет данные для своей работы, со второй памятью (ОЗУ) отноше­ния у него другие.

Электронные системы управления дизелем

Электронное управление дизелем необходимо для уменьшения количества токсичных веществ в отработавших газах, уменьшения дымности, вибрации, уровня шума, оптимизации и стабилизации частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу и т.д. С помощью электронного БУ, в котором обрабатывается информация о состоянии двигателя, полученная от различных датчиков, выдаются управляющие сигналы, обеспечивается оптимизация количества подаваемого топлива и момента его впрыска.

Система управления дизелем автомобиля "Toyota" приведена на рис.6.27. Система обеспечивает управление количеством подаваемого топлива, моментом начала подачи топлива, воздушной заслонкой, частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу и свечой накаливания.

Рис.6.27. Система управления дизелем автомобиля "Toyota": 1 - специальный клапан управления, 2 - датчик угла поворота коленчатого вала, 3 - жиклер для впуска топлива, 4 - корректирующий резистор, 5 - жиклер для выпуска топлива, 6 - электромагнитный перепускной клапан, 7 - электромагнитный клапан, 8 - датчик температуры поступающего в двигатель воздуха, 9 - система турбонаддува, 10, 16 -клапаны, 11 - датчик воспламенения, 12 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 13 - датчик давления поступающего в двигатель воздуха, 14 - сигнал положения педали подачи топлива, 15 - электронный БУ, 17 - воздушные заслонки, 18 - датчик частоты вращения коленчатого вала

Управление количеством подаваемого топлива осуществляется электронным БУ на основании данных о частоте вращения коленчатого вала и положении педали подачи топлива с учетом поправок на температуру и давление воздуха на впуске, температуру жидкости и т.д.

Момент подачи топлива выбирается БУ по сигналам датчика положения педали подачи топлива, давления воздуха на впуске. Используя сигналы датчика воспламенения, установленного в камере сгорания, БУ обеспечивает совпадение зарегистрированного момента воспламенения с расчетным моментом.

Управляя воздушной заслонкой во впускном трубопроводе, можно уменьшить вибрацию двигателя на холостом ходу и устранить вибрацию при остановке двигателя. При отказах системы управления воздушная заслонка автоматически наполовину открывается, что предотвращает чрезмерно резкое увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя. Получая информацию от различных датчиков, БУ обеспечивает подачу такого количества топлива, чтобы частота вращения в режиме холостого хода не отличалась от расчетной. Сила тока свечей накаливания при пуске дизеля регулируется БУ в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и ряда других параметров.

Перспективы развития электрооборудования автотракторной техники

В настоящее время практически отработана концепция автомобилей с повышенным до 42 В бортовым напряжением. Так существует два накопителя энергии: аккумуляторные батареи с напряжением 36 и 12 В, молекулярный емкостный; накопитель на напряжении 42 В. Кроме того в составе должны быть DC/DC-преобразователи напряжения, система предохранителей и развязывающих диодов в силовых сетях, стартер-генератор, электронный модуль управления и регулирования, а также ряд датчиков, обеспечивающих функционирование стартеров и генераторного режимов и системы “стоп-старт”. Применение двухуровневой системы обусловлено резким возрастанием числа и мощности бортовых потребителей электроэнергии (электрические исполнительные устройства в системах управления двигателем, активной подвеской т.п.).

При 42 В повышаются требования к коммуникационной аппаратуре, поскольку стартер-генератор- это бесщеточная индукционная машина, то для регулировки его напряжения в режиме “генератор” нужен принципиально новый регулятор, а также устройство, исключающее перегрев якоря на высоких частотах. При этом АТС приобретут принципиально новые потребительские качества. Например, втрое, с 900 до 300 мс, сократится время пуска прогретого двигателя, так как частота прокрутки его коленчатого вала возрастет с 200 до 600 мин; снизится неравномерность вращения коленчатого вала на холостом ходу; уменьшится нагрузка на аккумуляторную батарею при холодном пуске двигателя; с 50-70 (классическая конструкция генератора) до 82% повысится КПД стартер-генератора в генераторном режиме; за счет режима “стоп - старт “ на 15-20% снизится расход топлива в городском режиме.

Система электроснабжения.

Основная тенденция развития этой системы - повышение срока службы генератора до 300 тыс. км пробега или до 7500 мото-часов работы без обслуживания за счет довольно многочисленных конструктивных и технологических мероприятий. В том числе таких как, закрытие подшипников и щеточно-коллекторных узлов; твердотельный регулятор напряжения с адаптивным алгоритмом регулирования и встроенным стабилизатором защиты; большой (полутора-двухкратный) запас по тепловому режиму за счет запаса мощности; более интенсивное охлаждение внутренней полости встроенными вентиляторами; сдвоенные и строенные обмотки статора; особо точное изготовление полюсов магнитопровода статора с точной зачиканкой ротора; оптимизация размеров магнитной системы и обмоток статора при увеличении тока возбуждения; использование в выпрямителе диодов со стабилизаторным эффектом, а также антишумовых конструктивных элементов (немагнитные кольца, форма полюсных наконечников и т.д.); новые материалы для контактных колец, щеток, каркаса обмотки возбуждения, изоляционных покрытий; привод поликлиновым ремнем и двухлапное крепление; увеличенное передаточное отношение и др. Уже просматриваются и решения, которые еще совсем недавно относили к категории экзотических. Например, компакт-генератор с несколькими уровнями и адаптивным регулированием напряжения на выходе, масляным охлаждением и массой не более 4-4,4 кг; стартер-генератор, встроенный в маховик ДВС.

Система электропуска.

О современных и перспективных стартерах можно сказать, в принципе, то же самое, что и о генераторах. Следует лишь добавить: нынешний стартер- это стартер со встроенным редуктором, имеющий (до мощности 2 кВт) возбуждение от постоянных магнитов высоких энергий, а, следовательно, массу, на 40-50% меньшую, чем стартеры классического исполнения. В связи с широким распространением молекулярных емкостей накопителей энергии, встроенных в аккумуляторную батарею, появился класс высоковольтных (даже не до 42, а до120В) стартеров. Обычным делом становится двухобмоточные реле, системы электронной блокировки стартеров. В итоге масса стартеров, в зависимости от мощности, варьируется в диапазоне, ранее считавшимся недостижимым (4-16,5 кг).

Система зажигания.

Относится к числу систем, в последние годы подвергшихся наиболее радикальным изменениям. Она стала полностью компьютеризированной и не только заменила собой центробежный вакуумный автоматы опережения зажигания и высоковольтный распределитель, но и регулирует углы опережения зажигания по детонации, оптимизирует их по условиям работы двигателя и движения автомобиля. Появились системы с катушками зажигания, встроенными в высоковольтный свечной наконечник и одновременно служащими датчиками детонации. Да и конструкции систем, технологии их изготовления сейчас, можно сказать, находятся на острие технического прогресса. Например, это многофункциональные микросхемы управления; двух-, четырех- и шестивыводные опрессованные катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом и встроенными диодами; свечи зажигания с широким тепловым диапазоном работы и встроенным помехоподовательным сопротивлением, а также свечи с плазменным эффектом; новые силиконовые высоковольтные провода, не меняющие жесткости в широком тепловом диапазоне.

Система впрыскивания топлива прошла путь от моновпрыска с жесткой программой к распределенному впрыску с аналогичной программой, а сейчас уверенно превращается в адаптивные и многофункциональные системы. Так, современный электронный блок управления способен регулировать частоту вращения коленчатого вала двигателя при включении и выключении бортового кондиционера, управлять рециркуляцией отработавших газов, запомнить сбои в программе и отказы датчиков, адаптироваться к конкретному двигателю, т.е. изменять программу регулирования с учетом износов или условий его эксплуатации. Сами датчики могут измерять не только текущие, но и предельные значения параметров. В исполнительных механизмах и устройствах появляются все новые элементы (линейные электродвигатели, магниты высоких энергий и т.д.). Гибридные электронные блоки выполняются на основе 16-разрядных (в перспективе-32-разрядных) микроконтроллеров, которые могут работать при температуре 398 К. Программное обеспечение превратилось в многофункциональное, решающее задачи не только управления, но и самообучения, связи с другими системами, защиты от помех и самодиагностирования.

Электропривод.

Его основу в настоящее время составляют магниты высоких энергии и прогрессивные методы намотки (в том числе намотки плоских якорей). Прогрессивные решения конструкции редукторных приводов, электроника управления, защита электропривода с помощью малогабаритных термобиметаллеческих предохранителей позволили создать не только приводы силовые (например, для регулирования положения сидений водителя и пассажиров), но и малогабаритные приводы управления зеркалами заднего вида, дроссельной заслонки, рейкой ТНВД и др. Более того, есть миниатюрные (диаметр ротора-1-5 мм) и даже микроэлектродавигатели (диаметр ротора - менее 1 мм), которые могут работать как синхронные, регулируемые бесщеточные или регулируемые емкостным сопротивлением привода.

Для электромобилей созданы мотор-колеса и мощные приводы с управлением от микроЭВМ, что позволяет наиболее эффективным способом решать проблемы торможения и экономичного расхода электроэнергии аккумуляторных батарей.

Светотехника.

Новые конструкции светотехнического оборудования автотракторной техники - это головные фары со свободной поверхностью отражателя, выполненные из пластмасс; фары проекторного типа, в том числе с протяжным оптоволокном; фары и фонари с газоразрядными источниками света нового поколения, обеспечивающими в 2 раза более яркий световой поток; системы автоматического регулирования светового потока в зависимости от нагрузки автомобиля и выполняемой трактором работой; многофункциональные фонари с новыми оптическими схемами, источниками света и светодиодами. При их использовании, благодаря цифровой обработке, появляется возможность в тумане видеть на дисплее объекты ближнего и дальнего плана.

Новое приборное обеспечение производства и эксплуатации светотехнического оборудования, связанное с персональными и бортовыми компьютерами обеспечивает измерения в автоматизированном режиме.

Электропроводка автотракторной техники.

Широкое применение получили плоские пучки проводов и разъемные соединители, изготовляемые по безлюдной технологии, которые более надежны в эксплуатации.

Реле, прерыватели, переключатели и выключатели (устройства коммутации) совершенствуются в направлении увеличения их функциональных возможностей (коммутация нескольких цепей) и уменьшения габаритных размеров (бескорпусные конструкции и пары с улучшенной геометрией). Осваиваются и принципиально новые направления. Это сенсорные выключатели и переключатели с подсветкой знака, выполняемые по твердотельной технологии типа к-моп, т.е. такой же, как у интеллектуальных ключей в мультиплексных сетях.

Информационные и диагностические системы.

Для информационных систем по-прежнему характерны логометрические приборы, но уже с поворотом стрелки на 360 градусов и управление с помощью специализированной микросхемы, что, с точки зрения передачи аналоговой информации, сделало их конкурентоспособными по отношению к электронным комбинациям приборной панели. Появился и новый класс таких систем, как навигационные, которые связаны со спутниками, дорожными радиомаяками и позволяют водителю ориентироваться в сложных городских условиях.

Что касается бортовых (встроенных) диагностических систем, то они развиваются в направлении не только повышения уровня программного обеспечения, но и применения в качестве индикаторов светодиодов, жидкокристаллических экранов и люминесцентных панелей.

Система активной и пассивной безопасности.

К ним относят антиблокировочные, противобуксовочные системы, подушки безопасности и системы управления подвеской. Развитие конструкций этих систем идет по пути создания долговечных исполнительных устройств, обладающих достаточным быстродействием и небольшим запаздыванием, что обеспечивает комфортные условия для людей в процессе изменения положения автомобиля; организации хорошей связи между системами управления подвеской и двигателем.