Электронная система управления бензиновым инжекторным двигателем с контроллером Январь-4

Генератором развития систем управления двигателем в мире является немецкая фирма Bosch. Технический прогресс в области электроники, жесткие нормы экологической безопасности обусловливают неуклонный рост числа подконтрольных систем двигателя.

Свою историю система  управления двигателем ведет от объединенной системы впрыска и зажигания. Современная система управления двигателем объединяет значительно больше систем и устройств. Помимо традиционных систем впрыска и зажигания под управлением электронной системы находятся:

• топливная система;
• система впуска;
• выпускная система;
• система охлаждения;
• система рециркуляции отработавших газов;
• система улавливания паров бензина;
• вакуумный усилитель тормозов.

Термином "система управления двигателем" обычно называют систему  управления бензиновым двигателем. В  дизельном двигателе аналогичная  система называется система управления дизелем.

Система управления двигателем имеет следующее общее устройство:

• входные датчики;
• электронный блок управления;
• исполнительные устройства систем двигателя.

 

 

 

 

Схема системы  управления двигателем

Входные датчики измеряют конкретные параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. Информация, получаемая от датчиков, является основой управления двигателем. Количество и номенклатура датчиков определяется вилом и модификацией системы управления. Например, в системе управления двигателем Motronic-MED применяются следующие входные датчики. Каждый из датчиков используется в интересах одной или нескольких систем двигателя.

используется в работе топливной системы	датчик давления топлива в контуре низкого давления;
используется в работе системы впрыска	датчик давления топлива; датчик частоты вращения коленчатого вала; датчик Холла; датчик положения педали газа; расходомер воздуха; датчик температуры охлаждающей жидкости; датчик температуры воздуха на впуске
используются в работе системы впуска	расходомер воздуха (при наличии); датчик температуры воздуха на впуске; датчик положения дроссельной заслонки; датчик давления во впускном коллекторе
используются в работе системы зажигания	датчик положения педали газа; датчик частоты вращения коленчатого вала; датчик Холла; датчик детонации; расходомер воздуха; датчик температуры воздуха на впуске; датчик температуры охлаждающей жидкости; кислородные датчики;
используются в работе выпускной системы	датчик температуры отработавших газов; кислородный датчик перед нейтрализатором; кислородный датчик после нейтрализатора; датчик оксидов азота;
используются в работе системы охлаждения	датчик температуры охлаждающей жидкости; датчик температуры масла;
используются в работе вакуумного усилителя тормозов	датчик давления в магистрали вакуумного усилителя тормозов

 

 

Электронный блок управления двигателем принимает информацию от датчиков и в соответствии с заложенным программным обеспечением формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства систем двигателя. В своей работе электронный блок управления взаимодействует с блоками управления автоматической коробкой передач, системой ABS (ESP), электроусилителя руля, подушками безопасности и др.

 

Исполнительные  устройства входят в состав конкретных систем двигателя и обеспечивают их работу.

Исполнительными устройствами топливной системы являются электрический топливный насос и перепускной клапан. В системе впрыска управляемыми элементами являются форсунки и клапан регулирования давления. Работа системы впуска управляется с помощью привода дроссельной заслонки и привода впускных заслонок.

Катушки зажигания являются исполнительными устройствами системы зажигания. Система охлаждения современного автомобиля также имеет ряд компонентов, управляемых электроникой: термостат (на некоторых моделях двигателей), реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятора радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

В выпускной системе осуществляется принудительный подогрев кислородных  датчиков и датчика оксидов азота, необходимый для их эффективной  работы. Исполнительными устройствами системы рециркуляции отработавших газов являются электромагнитный клапан управления подачей вторичного воздуха, а также электродвигатель насоса вторичного воздуха. Управление системой улавливания паров бензина производится с помощью электромагнитного  клапан продувки адсорбера.

Принцип работы системы  управления двигателем основан на комплексном управлении величиной крутящего момента двигателя. Другими словами, система управления двигателем приводит величину крутящего момента в соответствия с конкретным режимом работы двигателя. Система различает следующие режимы работы двигателя:

• запуск;
• прогрев;
• холостой ход;
• движение;
• переключение передач;
• торможение;
• работа системы кондиционирования.

Изменение величины крутящего  момента производиться двумя  способами - путем регулирования  наполнения цилиндров воздухом и  регулированием угла опережения зажигания.

 

ДАТЧИКИ СИСТЕМЫ  ВПРЫСКА ТОПЛИВА

 
ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО  ВАЛА (ДПКВ)

а - внешний вид датчика  положения коленвала б - расположение датчика положения коленвала

Датчик положения  коленчатого вала, рис.7 а, (электромагнитного типа) устанавливается на приливе корпуса масляного насоса на расстоянии (1 ± 0,4) мм от вершины зубцов шкива коленчатого вала. Шкив коленчатого вала имеет 58 зубцов расположенных по окружности. Зубцы равноудалены и расположены через 6°. Для генерирования "импульса синхронизации" два зуба на шкиве отсутствуют. При вращении коленчатого вала зубцы диска изменяют магнитное поле датчика, создавая наведенные импульсы напряжения.

По импульсу синхронизации  от датчика положения коленчатого  вала, контроллер определяет положение  и частоту вращения коленчатого  вала и рассчитывает момент срабатывания форсунок и модуля зажигания.

 
ДАТЧИКИ СКОРОСТИ (ДС)

Датчик скорости автомобиля (принцип работы основан на эффекте Холла) устанавливается на выходном валу привода спидометра. Контроллер посылает на датчик скорости опорное напряжение 12В. Датчик скорости выдает на контроллер импульсный сигнал, частота которого зависит от скорости движения автомобиля. Датчик скорости участвует в управлении работой системы впрыска. ДС может иметь круглую соединительную колодку или квадратную.

 
ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ  ЖИДКОСТИ (ДТОЖ)

Датчик температуры  охлаждающей жидкости (термисторный) устанавливается на впускном патрубке системы охлаждения в потоке охлаждающей жидкости двигателя. Термистор, находящийся внутри датчика, является термистором с "отрицательным температурным коэффициентом" - при нагреве его сопротивление уменьшается. Высокая температура охлаждающей жидкости вызывает низкое сопротивление 
(70 Ом + 2% при 130 °С), а низкая температура дает высокое сопротивление 
(100700 Ом ± 2% при -40 °С).

Контроллер подает на датчик температуры охлаждающей жидкости напряжение 5 В через резистор с постоянным сопротивлением, находящимся внутри контроллера. Температуру охлаждающей жидкости контроллер рассчитывает по падению напряжения на датчике, имеющем переменное сопротивление. Падение напряжения большое на холодном двигателе, и низкое - на прогретом.

Зависимость сопротивления  датчика от температуры охлаждающей  жидкости приведена ниже

 

Температура  °С	Сопротивление. ОМ ± 2%
100	180
90	240
80	330
70	470
60	670
50	970
45	1190
40	1460
30	2240
25	2800
20	3520
15	4450
10	5670
5	7280
0	9420
-4	12300
-10	16180
-15	21450
-20	28680
-30	52700
-40	100700

 
ДАТЧИКИ МАССОВОГО РАСХОДА ВОЗДУХА (ДМРВ).

а - внешний вид датчика массового расхода воздуха; б - внешний вид датчика массового расхода воздуха; в - расположение датчика  массового расхода воздуха.

 

ДМРВ, рис. 10 а, (термоанемометрического типа) имеет три чувствительных элемента, установленных в потоке всасываемого воздуха. Один из элементов определяет температуру окружающего воздуха, а два остальных нагреваются до заранее установленной температуры, превышающей температуру окружающего воздуха.

Во время работы двигателя  проходящий воздух охлаждает нагревательные элементы. Массовый расход воздуха  определяется путем измерения электрической  мощности, необходимой для поддержания  заданного превышения температуры  на нагревательных элементах относительно температуры окружающего воздуха.

Контроллер подает на ДМРВ опорный сигнал 5 В через находящийся внутри контроллера резистор с постоянным сопротивлением. Выходной сигнал с ДМРВ представляет собой сигнал напряжения величиной от 4 до 6 В с изменяющейся частотой. Большой расход воздуха через датчик дает выходной сигнал высокой частоты (скоростной режим). Малый расход воздуха через ДМРВ дает выходной сигнал низкой частоты (холостой ход).

ДМРВ, рис. 10 б, (термоанемометрического типа) имеет чувствительный элемент, тонкую сетку (мембрану) на основе кремния, установленную в потоке всасываемого воздуха. На сетке располагаются нагревательный резистор и два температурных датчика, установленных перед нагревательным резистором и за ним.

Сигнал ДМРВ представляет собой напряжение постоянного тока, изменяющееся в диапазоне от 1 до 5 В, величина которого зависит от количества воздуха, проходящего через датчик. Во время работы двигателя проходящий воздух охлаждает часть сетки расположенной перед нагревательным резистором. Температурный датчик расположенный перед резистором охлаждается, а температурный датчик расположенный за ним, благодаря подогреву воздуха, сохраняет свою температуру. Дифференциальный сигнал обоих датчиков делает возможным получение характеристической кривой, зависящей от величины потока воздуха. Сигнал вырабатываемый ДМРВ - аналоговый.

Контроллер, получая сигнал от ДМРВ, использует свои таблицы данных и определяет длительность импульса открытия форсунок, которая соответствует  сигналу массового расхода воздуха.

 

ДАТЧИКИ ДЕТОНАЦИИ (ДД)

а - внешний вид датчика  детонации; б - внешний вид датчика детонации; в - расположение датчика  детонации.

Датчик детонации, рис. 11 а, (частотный) пьезоэлектрического типа устанавливается на блоке двигателя. Во время возникновения детонации в двигателе датчик генерирует сигнал переменного тока с частотой и амплитудой зависящей от уровня детонации. Контроллер подает на ДД опорное напряжение 5 В. Резистор, расположенный внутри датчика, понижает напряжение до 2,5 В. Сопротивление резистора от 330 до 450 Ом. Во время нормальной (без детонации) работы двигателя напряжение на выходе датчика остается постоянным на уровне 2,5 В. При появлении детонации ДД генерирует сигнал переменного тока, который поступает в контроллер по той же цепи, по которой подается опорный сигнал 5 В. Это возможно потому, что опорный сигнал 5 В является напряжением постоянного тока, а обратный сигнал детонации - напряжением переменного тока. Амплитуда и частота сигнала переменного тока ДД зависят от уровня детонации. Контроллер считывает этот сигнал и корректирует угол опережения зажигания для гашения детонации.

Датчик детонации, рис. 116, (широкополосный) пьезокерамического типа устанавливается на блоке двигателя. Во время работы двигателя датчик генерирует сигнал напряжения переменного тока с частотой и амплитудой зависящей от частоты и амплитуды вибрации той части двигателя, на которой установлен датчик. При возникновении детонации амплитуда вибраций определенной частоты повышается, что приводит к увеличению амплитуды выходного сигнала ДД. Контроллер считывает этот сигнал и корректирует угол опережения зажигания для гашения детонации.