Система управления бензиновым двигателем внутреннего сгорания

метки: Система, Двигатель, Управление, Электронный, Заслонка, Впуск, Жидкость, Впускной

Среди поршневых двигателей внутреннего сгорания наиболее распространенным в настоящее время является бензиновый двигатель.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на эффекте теплового расширения газов, возникающем при воспламенении топливовоздушной смеси; воспламенение происходит принудительно за счет электрической искры, обеспечивающей движение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель):

• впуск;
• сжатие;
• рабочий ход;
• выпуск.

Основными направлениями совершенствования бензиновых двигателей являются:

• снижение расхода топлива;
• снижение токсичности отработавших газов;
• повышение мощности двигателя.

Для реализации этих требований на современных бензиновых двигателях применяются следующие системы:

Система	Достигаемый эффект
система непосредственного впрыска	снижение расхода топлива повышение мощности двигателя
впускная система	снижение расхода топлива снижение токсичности отработавших газов синхронизирование работы цилиндров
система изменения фаз газораспределения	снижение расхода топлива снижение токсичности отработавших газов повышение мощности двигателя
электронная система зажигания	снижение расхода топлива синхронизирование работы цилиндров снижение токсичности отработавших газов
выпускная система	снижение токсичности отработавших газов корректировка смеси за счет датчиков кислорода
система рециркуляции отработавших газов	снижение токсичности отработавших газов
система управления двигателем	снижение расхода топлива снижение токсичности отработавших газов повышение мощности двигателя

Система управления бензиновым двигателем внутреннего сгорания

Рассмотрим обобщенную модель управления двигателем внутреннего сгорания(в дальнейшем ДВС)

Она состоит из трех групп компонентов:

Датчиков

Исполнительных механизмов

Блока управления двигателем

Датчики снимают показания о:

Положении и частоте вращения коленчатого вала,

Температуре охлаждающей жидкости,

Положении дроссельной заслонки,

Массовом расходе воздуха

Температуре входящего воздуха

Концентрации кислорода в выхлопной системе

Детонации топлива в цилиндрах

Дроссельная заслонка

Регулятор холостого хода (РХХ)

Датчик содержания кислорода в выпускной системе

Свечи

Форсунки

Электромагнитный клапан адсорбера

Датчик положения коленчатого вала ( или датчик фазы)

чаще всего устанавливается ближе к КПП, либо на передней части самого коленчатого вала устанавливается задающий диск с рисками, задающий диск объединен с коленчатым валом представляет собой зубчатое колесо с равноудаленными впадинами. Для синхронизации два зуба отсутствуют. Расстояние около 1±0,2 мм от задающего диска коленчатого вала до датчика.

задающий диск объединен со коленчатым валом и представляет собой зубчатое колесо с равноудаленными впадинами. Для синхронизации два зуба отсутствуют

Сигнал, подаваемый датчиком в блок управления двигателем, является сигналом скорости и положения коленчатого вала. Этот сигнал представляет собой серию повторяющихся электрических импульсов напряжения, генерируемых датчиком при вращении коленчатого вала

На основе импульсов опорного сигнала положения коленчатого вала блок управления двигателем генерирует импульсы для управления форсунками и системой зажигания.

Датчик положения коленчатого вала

• сердечник;
• 2-обмотка;

• кронштейн крепления; 4 — постоянный магнит

Датчик температуры охлаждающей жидкости

служит для корректировки смеси топлива. ЭБУ не «видит» температуру охлаждающей жидкости, он «видит» сопротивление датчика, которое изменяется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Датчик температуры охлаждающей жидкости служит для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулировки подачи воздуха отеплителем салона, регулирования работы вентилятора охлаждения ДВС и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости. Сигналы от датчика принимает электронный блок управления (блок управления двигателем) и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Обычно используется блок управления двигателем с установленным соответствующим программным обеспечением. В зависимости от полученных данных, в виде сопротивления, блок управления двигателя меняет смесь (соотношение кислорода и топлива).

Дроссельная заслонка с механическим приводом

трубка подвода охлаждающей жидкости;

• трубка системы вентиляции картера;
• трубка отвода охлаждающей жидкости;
• датчик положения дроссельной заслонки;
• регулятор холостого хода;
• патрубок системы улавливания паров бензина;
• дроссельная заслонка.

является конструктивным элементом впускной системы бензиновых двигателей внутреннего сгорания с впрыском топлива и предназначена для регулирования количества воздуха, поступающего в двигатель через впускной коллектор для образования топливно-воздушной смеси. Дроссельная заслонка устанавливается между воздушным фильтром и впускным коллектором.

Впускной коллектор распределяет воздушный поток по цилиндрам двигателя и придает ему необходимое движение. Создаваемое во впускном коллекторе разрежение используется в работе вакуумного усилителя тормозов, а также для приведения в действие впускных заслонок. Блок системы управления двигателем

На двигателях с непосредственным впрыском топлива помимо дроссельной заслонки устанавливаются впускные заслонки. Они обеспечивают процесс смешивания, разделяя воздух на два впускных канала. Один канал закрывает заслонку, через другой — воздух беспрепятственно проходит. Впускные заслонки установлены на общем валу, который приводится во вращение с помощью вакуумного или электрического привода.

Работу впускной системы обеспечивает система управления двигателем. Конструктивные элементы системы управления двигателем, которые используются в работе системы впуска, можно разделить на три группы:

• входные датчики;
• блок управления;
• исполнительные устройства.

К примеру, впускная система двигателя с непосредственным впрыском топлива имеет следующие датчики:

• расходомер воздуха;
• датчик температуры воздуха на впуске;
• датчик положения дроссельной заслонки;
• датчик давления во впускном коллекторе;
• датчик положения впускной заслонки;
• датчик положения клапана рециркуляции;
• Корпус дроссельной заслонки включен в систему охлаждения двигателя. Но придуман с другой целью.

В холодное время года система охлаждения служит не для охлаждения дроссельной заслонки от перегрева, а для ее прогрева на один оборот, чтобы воздух, поступающий в систему впуска, был теплым. Что позволит двигателю легче работать и запускаться.

Регулятор холостого хода

является устройством, которое необходимо в системе для стабилизации оборотов холостого хода двигателя и поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала двигателя, при закрытой дроссельной заслонке, во время пуска, прогрева и при изменении нагрузки во время включения дополнительного оборудования. РХХ представляет собой шаговый двигатель с подпружиненной конической иглой, которая во время движения изменяет количество воздуха, поступающего в систему впуска, минуя дроссельную заслонку, на двигатель подается необходимое количество воздуха для его стабильной работы.

Этот воздух учитывается датчиком массового расхода воздуха (или ресходомер) и в соответствии с его количеством, блок управления двигателем осуществляет подачу топлива в двигатель через топливные форсунки. По датчику положения коленчатого вала блок управления двигателем отслеживает количество оборотов двигателя и в соответствии с режимом работы двигателя управляет РХХ, таким образом добавляя или снижая подачу воздуха в обход закрытой дроссельной заслонки.

Датчик массового расхода воздуха (расходомер воздуха)

Экологические требования к современным двигателям внутреннего сгорания предполагают поддержание определенного (стехиометрического) соотношения воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси на всех режимах работы. Только в этом случае катализатор полностью удаляет вредные вещества в выхлопных газах.

Для поддержания стехиометрического соотношения компонентов топливно-воздушной смеси требуется точная информация о количестве (расходе) всасываемого воздуха, которую предоставляет расходомер воздуха. Расходомер передает в блок управления двигателем частотно-импульсный сигнал, который изменяется прямо пропорционально количеству проходящего через него воздуха. Чем больше воздуха проходит через датчик, тем выше частота сигнала.

Датчик кислорода (или концентрации кислорода в выпускной системе, в народе лямбда-зонд)

Датчик кислорода используется для определения количества кислорода в выхлопных газах.

Для обеспечения эффективной (экономичной и экологичной) работы двигателя внутреннего сгорания соотношение воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси должно быть постоянным на всех режимах работы. Это достигается за счет использования кислородного датчика в выхлопной системе. Такой же процесс регулирования содержания кислорода в выхлопных газах называется лямбда-регулированием.

Так, при недостатке воздуха в топливовоздушной смеси углеводороды и окись углерода полностью не окисляются. С другой стороны, при избытке воздуха оксиды азота не полностью разлагаются на азот и кислород.

Лямбда-зонд устанавливается в выпускной системе. На некоторых моделях автомобилей используются два кислородных датчика: один устанавливается перед каталитическим нейтрализатором, другой — после него. Использование двух кислородных датчиков улучшает контроль над составом выхлопных газов и обеспечивает эффективную работу каталитического нейтрализатора.

Датчик фиксирует коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси (λ) по величине концентрации кислорода в отработавших газах.

При разной концентрации кислорода в выхлопных газах и в атмосфере на концах электрода создается напряжение. Чем выше содержание кислорода (обедненная топливно-воздушная смесь), тем ниже напряжение, чем ниже содержание кислорода (обогащенная топливно-воздушная смесь), тем выше напряжение.

Электрический сигнал от лямбда-зонда поступает на электронный блок управления системы управления двигателем. В зависимости от величины сигнала блок управления воздействует на исполнительные органы подконтрольных ему систем автомобиля.

Кислородный датчик эффективно работает при температуре 300 ° C. Чтобы максимально быстро достичь рабочей температуры, лямбда-зонд снабжен нагревателем.

Система зажигания

Предназначен для воспламенения топливовоздушной смеси бензинового двигателя. Воспламенение смеси происходит от искры.

Принцип работы системы зажигания заключается в накоплении и преобразовании катушкой зажигания низкого напряжения (12В) электрической сети автомобиля в высокое напряжение (до 30000В), распределении и передаче высокого напряжения к соответствующей свече зажигания и образовании в нужный момент искры на свече зажигания.

В работе системы зажигания можно выделить

накопление электрической энергии;

• преобразование энергии;
• распределение энергии по свечам зажигания;
• воспламенение топливно-воздушной смеси.

В зависимости от способа управления процессом зажигания различают следующие типы систем зажигания:

• контактная система зажигания;
• бесконтактная (транзисторная) система зажигания;
• электронная (микропроцессорная) система зажигания.

В контактной системе зажигания накоплением и распределением электрической энергии по цилиндрам управляет механическое устройство: выключатель-распределитель. Дальнейшим развитием контактной системы зажигания является система зажигания на контактных транзисторах, в первичной цепи катушки зажигания которой используется транзисторный ключ.

В отличие от контакта в бесконтактной системе зажигания, транзисторный ключ используется для управления накоплением энергии путем взаимодействия с бесконтактным датчиком импульсов. Транзисторный переключатель в этой системе действует как переключатель. Распределение тока высокого напряжения осуществляется механическим распределителем.

В микропроцессорной системе зажигания используется электронный блок управления, с помощью которого контролируется процесс накопления и распределения электрической энергии. В ранних конструкциях электронной системы зажигания электронный блок одновременно управлял системой зажигания и системой впрыска топлива (т.н. объединенная система впрыска и зажигания).

Контроль зажигания в настоящее время включен в систему управления двигателем.

Не смотря на различия в конструкции можно выделить следующее общее устройство системы зажигания:

• выключатель зажигания;
• устройство управления накоплением энергии (прерыватель, транзисторный коммутатор, электронный блок управления);
• накопитель энергии (катушка зажигания);
• устройство распределения энергии по цилиндрам (механический распределитель, электронный блок управления );
• высоковольтные провода;
• свечи зажигания.

Система впрыска

На современных автомобилях используются различные системы впрыска топлива. Система впрыска (другое наименование — инжекторная система, от injection — впрыск) как следует из названия, обеспечивает впрыск топлива.

Система впрыска топлива является неотъемлемой частью топливной системы автомобиля. Основным рабочим органом любой системы впрыска является форсунки (инжекторы)

Форсунка (другое название — инжектор), являясь конструктивным элементом системы впрыска, предназначена для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.

Электромагнитная форсунка устанавливается, на бензиновых двигателях, в т.ч. оборудованных системой непосредственного впрыска. Насадка имеет довольно простое устройство, включающее электромагнитный клапан с иглой и насадку.

На примере форсунки, устанавливаемой в системе непосредственного впрыска топлива

Схема подготовлена по материалам Volkswagen

сетчатый фильтр

электрический разъем

пружина

обмотка возбуждения

якорь электромагнита

корпус форсунки

игла форсунки

уплотнение

сопло форсунки

Принцип работы электромагнитного инжектора следующий. В соответствии с установленным алгоритмом электронный блок управления в нужный момент подает напряжение на обмотку возбуждения клапана. В этом случае создается электромагнитное поле, которое, преодолевая силу пружины, притягивает якорь с иглой и освобождает сопло. Производится впрыск топлива. С исчезновением напряжения, пружина возвращает иглу форсунки на седло.

Впускная система

Впускная система (другое наименование — система впуска) предназначена для впуска в двигатель необходимого количества воздуха и образования топливно-воздушной смеси. Термин «система впуска» появился с развитием конструкции двигателей внутреннего сгорания, в частности, с появлением системы прямого впрыска топлива. Аппаратура для питания двигателя воздухом перестала быть просто воздуховодом, а превратилась в отдельную систему.

В своей работе система впуска взаимодействует со многими системами двигателя, в том числе:

• системой впрыска;
• системой рециркуляции отработавших газов;
• системой улавливания паров бензина;
• Взаимодействие этих систем с рядом других систем обеспечивает система управления двигателем.

Принцип работы впускной системы

Работа системы впуска основана на разнице давлений между цилиндром двигателя и атмосферой во время такта впуска. Объем поступающего воздуха при этом пропорционален объему цилиндра. Количество подаваемого воздуха регулируется положением дроссельной заслонки в зависимости от режима работы двигателя.

Рассмотрим схему двигателя с непосредственным впрыском топлива

воздушный фильтр

расходомер воздуха

адсорбер

запорный клапан система улавливания паров бензина

блок управления дроссельной заслонкой

датчик давления во впускном коллекторе

клапан управления впускными заслонками

вакуумный привод впускных заслонок

датчик положения впускной заслонки

датчик давления в магистрали вакуумного усилителя тормозов

клапан система рециркуляции отработавших газов

впускной коллектор

Впускной коллектор распределяет воздушный поток по цилиндрам двигателя и придает ему необходимое движение. Создаваемое во впускном коллекторе разрежение используется в работе вакуумного усилителя тормозов, а также для приведения в действие впускных заслонок. Блок системы управления двигателем

Блок управления двигателем (ЭБУ)

аналог домашнего персонального компьютера, установленный в автомобиле и специально предназначенный для работы в машине. Управляет одним или несколькими процессами работы ДВС. Является основным конструктивным элементом системы управления двигателем

Главное достоинство автомобильного компьютера — это функциональность. При использовании автомобильного компьютера нет необходимости отдельно устанавливать несколько блоков управления и синхронизировать их между собой. Он обрабатывает вводимую ими информацию по определенному алгоритму и генерирует управляющие воздействия на исполнительные механизмы различных моторных систем.

Каждое отдельное устройство требует места для установки, что значительно снижает компактность и стоимость конструкции.

Применение электронного регулирования позволяет оптимизировать основные параметры работы двигателя для различных режимов работы: мощность, крутящий момент, расход топлива и др.

Современные блоки управления двигателем являютсяпрограммируемыми электронными устройствами, т.е. при необходимости могут быть перепрограммированы пользователем. Потребность в перепрограммировании возникает при внесении изменений в конструкцию двигателя (тюнинг двигателя) — установка турбокомпрессора, интеркулера <http://systemsauto.ru/vpusk/intercooler.html > , оборудования для работы на альтернативных видах топлива, изменения в выпускной системе.

Электронный блок управления двигателем может выполнять следующие функции:

• управление впрыском топлива;
• регулирование положения дроссельной заслонки, в.т.ч.

на холостом ходу;

• управление зажиганием;
• управление системой улавливания паров бензина;
• регулирование системы рециркуляции отработавших газов;
• управление фазами газораспределения;
• регулирование температуры охлаждающей жидкости.

Блок управления двигателем обменивается данными и с другими электронными системами автомобиля:

• антиблокировочной системой тормозов;
• автоматической коробкой передач;
• системой пассивной безопасности;
• системой климат-контроля;
• противоугонной системой;
• и др.

Обмен данными производится посредством CAN-шины (Controller Area Network), объединяющей отдельные блоки управления в общую систему.

Чаще всего управление автомобильным компьютером организовано через сенсорный жидкокристаллический монитор, встроенный, например, в автомобильную торпеду. (размеры от 7″ до 15″ по диагонали).

Имеющий простейшие функции регулировки. Например, при низких температурах до нуля система может изменять параметры динамики разгона автомобиля, чтобы избежать заноса на старте. А у автомобилей с автоматической коробкой переключения передач (АКПП), есть режим зимней дороги, который не дает резкого разгона, для уменьшения возможности пробуксовки колес. Эта функция также может быть активирована системой путем считывания параметров внешнего температурного датчика. В среднем +4 градуса Цельсия, этот режим активируется программно.

Кроме того, мониторы могут быть моторизованными и ручными для диагностики и калибровки настроек ЭБУ. Такие мониторы имеют монтажные разъемы. (самым распространённым в настоящее время является OBD II).

Такие разъемы еще называют диагностическими. Диагностические разъемы чаще всего убраны от не опытных рук под лючки, крышки, подлокотники салона, отдельно стоящие(съемные).

У каждой марки свои места.

Заключение

Система управления двигателем основана на интегрированном управлении всеми исполнительными элементами путем считывания параметров с датчиков. Другими словами, система управления двигателем — это компания, которая постоянно обменивается информацией с оператором в соответствии с конкретным режимом работы двигателя. Система различает следующие режимы работы двигателя:

• запуск;
• прогрев;
• холостой ход;
• движение;
• переключение передач;
• торможение;