Объединенное управление зажиганием и подачей топлива

Время на прочтение: 5 минут(ы)

Поскольку наряду с требованиями повышения качества работы двигателя сохраняются и требования по снижению вредных выбросов, инженеры постоянно исследуют все возможности управления двигателем. Контроль выбросов становится даже более важным, так как с каждым годом растет вероятность включения в будущем инструкции по регулированию выбросов даже эмиссии углекислого газа. В эту статью включены некоторые из существующих и потенциальных областей управления работой двигателя. Будут подробнее раскрыты дополнительные аспекты управления и методы регулирования двигателей. Вот некоторые из главных проблем:

  • момент зажигания смеси
  • угол активации
  • дозирование топлива
  • рециркуляция выхлопного газа (exhaust gas recirculation — EGR)
  • очистка топливного бака
  • скорость холостого хода

Представление контура управления двигателем в виде стандартной функциональной системы

Рис. Представление контура управления двигателем в виде стандартной функциональной системы

Система оптимального управления двигателем может быть представлена стандартной трехкаскадной моделью, показанной на рисунке. На рисунке показана обратная связь замкнутого контура управления, которая присуща системам регулирования, учитывающим такие факторы, как:

  • лямбда-показатель
  • детонацию
  • частоту вращенения двигателя

Обобщенная блок-схема системы управления зажиганием и подачей топлива

Рис. Обобщенная блок-схема системы управления зажиганием и подачей топлива

На рисунке показана блок-схема расширенной системы управления двигателем. Ряды «входов» и «выходов» помогают хорошо представить всю сложность системы.

Изменяемый впускной тракт

Достижение максимальной эффективности невозможно на двигателях с постоянными трактами.

Длина впускного тракта определяет скорость всасываемого воздуха и, в частности, распространение волн давления, вызываемых насосным действием цилиндров. Эти постоянно возникающие волны можно использовать, чтобы улучшить скоростной напор смеси, когда она входит в цилиндр, но только в том случае, если волны совпадают с открытием впускных клапанов. Длина впускного тракта влияет на частоту этих волн. Один из методов изменения длины впускного тракта показан на рисунке. Движение управляющих клапанов изменяет эффективную длину впускного канала.

Впускной тракт коллектора с изменяемой длиной

Рис. Впускной тракт коллектора с изменяемой длиной: А — длинный тракт; В — короткий тракт

Изменения в режиме работы клапана

При широко распространенном использовании двигателей со сдвоенными кулачками газораспределения, где один кулачок применяется для привода впускных клапанов и один для выпускных, можно изменять перекрытие клапанов во время работы двигателя. Компания Honda разработала систему; которая заметно увеличивает мощность и диапазон крутящего момента только за счет открытия обоих впускных клапанов на высокой частоте вращении. Эти система показана на рисунке.

Система управления клапанами в автомобиле Honda

Рис. Система управления клапанами в автомобиле Honda (A — кулачек больших оборотов; B — кулачек малых оборотов; C — пружина обратного хода; D — фиксирующий механизм; E — коромысло; F — впускной клапан; G — выпускной клапан). При низких оборотах в двигателе VTEC-E полностью открыт только один впускной клапан на каждом из цилиндров. Таким стразом, 12 клапанов контролируют смешивание и сгорание воздуха и топлива. Это обеспечивает максимальную эффективность с точки зрения наименьшего уровня выбросов. При более высоких оборотах гидравлические толкатели задействуют дополнительные клапаны, чтобы обеспечить качество 16-клапанной работы двигателя

В системе компании BMW для управления положением кулачка относительно приводного механизма используется давление масла. Положение кулачков определяется по соответствующим установкам карты постоянной памяти в блоке управления.

В последнее время начинает применяться система, которая не только позволяет менять выбор момента открытия клапана, но и период открытия. Система известна как активная регулировка клапана (active valve train — AVT), она обещала дать дальнейшее развитие конструкции газораспределительного механизма с кулачками постоянного профиля. Однако сейчас разрабатываются более эффективные версии этого метода. Открытие впускных и выпускных клапанов будет осуществляться гидравлическими приводами, работающими при давлении до 200 Бар. Управление потоком масла к приводам клапанов осуществляется быстродействующим сервоклапаном.

Контроль факела сгорания и давления

Продолжаются исследования по созданию эффективных по стоимости датчиков для определения качества факела и давления в камере сгорания. Эти датчики используются пока лишь в исследовательских целях, так как в настоящее время они чрезвычайно дороги для использования в серийном производстве. Когда они станут доступны, эти датчики обеспечат мгновенную обратную связь замкнутого контура управления процессом сгорания. Это будет особенно важно для двигателей, использующих обедненную смесь.

Лямбда-датчики широкого диапазона

Большинство датчиков кислородного показателя в замкнутом контуре управления обеспечивает превосходный контроль отношения воздух-топливо и поддерживают его близким к стехиометрическому отношению (14,7:1). Теперь существует датчик, способный обеспечить линейный выход в диапазоне между значениями отношения от 12:1 и до 24:1. Это позволяет осуществить обратную связь в замкнутом контуре управления в значительно более широком диапазоне эксплуатационных режимов.

Инжекторы с воздушным экранированием

Если в сопло инжектора ввести быструю струю воздуха, дисперсия топлива значительно улучшается. Размер капель может быть уменьшен до значений ниже 50 мкм в режиме холостого хода. На рисунке показан инжектор с воздушным экранированием.

Клапан инжектора с воздушным экранированием

Рис. Клапан инжектора с воздушным экранированием

При экранирование заметно улучшение дисперсии и уменьшение размера капель.

Бортовая диагностика

Бортовая диагностика (on-board diagnostics — OBD) становится все более важной частью системы, обеспечивающей длительную эксплуатацию автомобиля с чистым выхлопом. Многие страны теперь требуют всеобъемлющей диагностики всех компонентов, влияющих на выхлоп. Индикатор предупредит водителя о любой обнаруженной ошибке.

Система бортовой диагностики OBD-2 призвана стандартизировать множество разнообразных методов, используемых различными изготовителями. Возможно, в ближайшем будущем произойдет переход к всеобъемлющей диагностике транспортного средства через общий интерфейс.

Цифровая электроника позволяет контролировать и датчики, и приводы. Это достигается размещением в памяти установочных значений для всех рабочих состояний датчиков и приводов. Если будет обнаружено отклонение от этих значений, информация сохраняется в памяти блока управления и может быть выведена в мастерской при поиске неисправности.

Очень важен контроль системы зажигания, поскольку осечки зажигания не только увеличивают выхлоп углеводородов, но и дают возможность несгоревшему топливу войти в каталитический конвертер и гореть там. Это может вызвать превышение нормальных температур работы конвертера и повредить его.

Чтобы контролировал воспламенение и сгорание в цилиндрах, используется точный датчик скорости вращения коленчатого вала. Осечка зажигания на мгновение изменяет вращающий момент коленчатого вала, что вызывает его неравномерное вращение. Это явление можно контролировать, что позволяет мгновенно обнаруживать пропуск зажигания.

Для реализации функций системы OBD-2 требуется и ряд других датчиков. Например, еще один лямбда-датчик, помещенный после каталитического конвертера, контролирует функционирование OBD-2. Датчик входного давления воздуха и клапан необходимы для управления фильтром из активированного древесного угля, чтобы уменьшать и контролировать эмиссию испарений из топливного бака. Датчик разностного давления также контролирует проницаемость топливного бака. Требуется значительное усложнение электроники блока управления, чтобы управлять системой OBD дополнительно к выводу индикации о неисправностях для водителя. Более полная контролирующая система позволяет получить больший эффект в сокращении эмиссии транспортного средства, чем все изощренные инструкции годового регулирования эмиссии (МОТ).

Есть надежна, что в предвидении будущих стандартов и провозглашенных целей в области эмиссии, изготовителям транспортных средств станет выгодно начать реализовывать идеи общего разъема в самое ближайшее время. Многие изготовители диагностических систем приветствовали бы это движение.

Если же стандартизация так и не будет принята, это станет непродуктивным исходом для всех заинтересованных в ней сторон.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *