Топливная Система Автомобиля и Системы Управления|АвтоЦентр

menu
person

Топливная Система Автомобиля и Системы Управления

Система питания двигателя на жидком лёгком топливе или инжекторного двигателя служит для образования топливно-воздушной смеси с помощью топливного впрыска. В качестве топлива рассматриваются бензины различных марок либо бензоспиртовая смесь конкретного состава.

Система подачи топлива включает механическую и электронную составные части. Механическая часть системы содержит следующие элементы:

  • - топливный бак;

  • - электрический топливный насос;

  • - топливные магистрали;

  • - фильтр;

  • - регулятор давления топлива;

  • - топливную рампу;

  • - форсунки.

Электронная часть системы контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает управляющие сигналы для срабатывания исполнительной механической составной части. К электронной части системы относится микроконтроллер или электронный блок управления и определённое количество следящих датчиков:

  • - положения коленчатого вала;

  • - массового расхода воздуха;

  • - положения дроссельной заслонки;

  • - детонации;

  • - температуры охлаждающей жидкости;

  • - давления воздуха во впускном трубопроводе;

  • - лямбда-зонд, или датчик кислорода в выпускном трубопроводе.

Массового расхода воздуха

Рисунок 2.12 — Схема работы топливной системы двигателя с впрыском лёгкого топлива

Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, объёме поступающего в цилиндры воздуха, наличии кислорода в отработанных газах, положении дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости. В постоянном режиме информация от датчиков передаётся на электронный блок управления.

Обработка электрических сигналов от датчиков в блоке управления может осуществляться в следующих вариантах:

  • - посредством вычислительного управления по известным аналитическим зависимостям;
  • - посредством программно-адаптивного управления, когда в программно-запоминающем устройстве (ПЗУ) блока управления введены зависимости выходных величин в виде числовых таблиц или характеристических карт, разработанных на основе экспериментальных испытаний двигателя.

В современных условиях большее распространение получила работа блока управления по второму варианту вследствие превосходства по быстродействию, поскольку выбор данных из готовых таблиц занимает меньше времени в сравнении с вычислительными операциями. При этом необходимые для вычислений характеристики двигателя содержатся в съёмной микросхеме памяти. Для установки системы на другой тип двигателя необходима соответствующая замена такой микросхемы.

В общем случае электронная система управления двигателем (рис. 2.13) включает блок управления, информационные датчики, управляемые устройства, вспомогательные устройства — главное реле, реле включения бензонасоса, реле включения электрического вентилятора, предохранителей.

Блок управления содержит различного типа элементы, выполняющие определённые функции. Элементом, выполняющим вычислительные операции в блоке управления, является процессор, представляющий собой вычислительное устройство, содержащее несколько миллионов транзисторов. Блок управления может содержать несколько процессоров, но только один из них является центральным. Остальные процессоры выполняют вспомогательные функции. Современный процессор, изготовленный на основе кремниевого кристалла, кроме транзисторов содержит один или несколько сопроцессоров, повышающих точность расчётов, а также накопители данных, используемых при расчётах.

Контроллер представляет собой устройство, отвечающее за выполнение определенного типа операций — обычно посреднических между системной шиной блока управления, осуществляющей соединение всех элементов, и подключаемыми к процессору устройствами.

Соединительным элементом блока управления является колодка, содержащая до 55 контактов, располагаемых в три ряда.

Питание блока управления осуществляется по двум цепям: по цепи неот-ключаемого напряжения через плавкую вставку от аккумуляторной батареи и по цепи отключаемого напряжения через контакты главного реле, запускаемого через включатель зажигания. Напряжение, поступающее от включателя зажигания, используется не для питания блока управления, а для сигнализации включённого зажигания. При включении такого напряжения блок управления через реле включает бензонасос. Если в течение двух секунд после этого пуск двигателя не происходит, бензонасос отключается. После трёх таких циклов включения зажигания без пуска двигателя бензонасос не будет включаться. Включение бензонасоса в таком случае осуществится после пуска двигателя.

После выключения зажигания и остановки двигателя блок управления задерживает выключение главного реле на 10-15 секунд для сохранения параметров вычислений, установки реле холостого хода в исходное положение. В случае отключения аккумуляторной батареи от бортовой сети после повторного её подключения необходим примерно такой же промежуток времени для приведения операционной системы в состояние готовности для пуска двигателя.

Арифметическими операциями и логическими действиями в блоке управления управляет центральный процессор. Вспомогательную роль осуществляют микросхемы, содержащие три типа устройств памяти: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное программируемое запоминающее устройство (ППЗУ).

Функциональная схема системы управления топливоподачей

Рисунок 2.13 — Функциональная схема системы управления топливоподачей бензинового двигателя:

ДМРВ — датчик массового расхода воздуха;

ДДЗ — датчик положения дроссельной заслонки; ДПКВ — датчик положения коленчатого вала; ДС — датчик скорости автомобиля; ДТОЖ — датчик температуры охлаждающей жидкости; ДК — датчик содержания кислорода в выпускной подсистеме; ДД — датчик детонации; ДФ — датчик фаз;

ДТВ — датчик температуры впускаемого воздуха; БУ — блок управления; АЦП — амплитудно-цифровой преобразователь; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; ПЗУ — постоянное запоминающее устройство; ППЗУ — постоянное программируемое запоминающее устройство; ПУ — исполнительное устройство; Вк — центральный включатель; 

Б — аккумуляторная батарея; СН — сигнализатор неисправности; 1-4 — форсунки

Постоянное запоминающее устройство содержит общую программу, работающую согласно заданному алгоритму управления, и различную калибровочную информацию, представляющую собой оцифрованные данные для управления впрыском топлива, моментом искрообразования, параметрами холостого хода данного типа двигателя, передаточными числами трансмиссии. Содержимое ПЗУ после загрузки программного обеспечения и калибровочных данных не может быть изменено. Такая память является энергонезависимой и для её сохранения не требуется постоянного электропитания.

Оперативное запоминающее устройство предназначено для обеспечения работы имеющейся в ПЗУ программы при небольших отклонениях входящих в расчёты величин в зависимости от условий работы двигателя (колебания атмосферного давления и температуры всасываемого воздуха, октанового числа топлива, износ или засорение форсунок, изменение фаз газораспределения и т. д.). По мере необходимости процессор вносит информацию в ОЗУ и считывает её. Такие действия называют самообучаемостью блока управления. Оперативное запоминающее устройство проводит самодиагностику электронной системы управления двигателем и обеспечивает резервный режим его работы в случаях отказов корректирующих датчиков кроме датчика положения коленчатого вала. Каждому виду неисправности соответствует свой цифровой код, считываемый из ОЗУ и подаваемый на информационный элемент панели приборов или на монитор маршрутного компьютера. Оперативное запоминающее устройство является энергозависимым и обеспечивает сохранение информации только при наличии электропитания. При отключении электропитания вся информация стирается.

Постоянное программируемое запоминающее устройство содержит калибровочную информацию, относящуюся к конкретной модели двигателя и ограничениям некоторых его эксплуатационных показателей. В этом устройстве содержатся данные о защищённости автомобиля от угона, а также паспортные характеристики. Такую информацию считывает и использует только блок управления. На колодку диагностики она не выдаётся. Программное обеспечение блока управления содержит подсистему диагностики, позволяющую определить возникающие в системе неисправности и фиксировать их в памяти оперативного запоминающего устройства. Каждая неисправность в системе формализована, то есть имеет своё определение и цифровой код, выдаваемый на информационные узлы панели приборов и на колодку диагностики.

Подсистема датчиков предназначена для формирования электрических сигналов, выдающих информацию о текущих значениях контролируемых параметров. Сигналы от датчиков поступают в блок управления, где посредством аналого-цифровых преобразователей преобразуются в цифровую форму с последующей обработкой по соответствующим расчётным программам. В результате таких расчётов блок управления выдаёт управляющие команды на исполнительные устройства.

Датчик массового расхода воздуха выдаёт электрический сигнал о массе поступающего в цилиндры воздуха. Этот сигнал используется для расчёта порций впрыскиваемого в цилиндры топлива. По данным теоретических расчётов, для полного сгорания одного килограмма бензина необходимо 14,6-14,8 килограммов воздуха. Такое соотношение получило название идеального, или стехиометрического. Однако при таком соотношении не удаётся получить наилучшие мощностные и экономические показатели работы двигателя. В связи с этим стехиометрический состав смеси топлива и воздуха рассматривается в качестве базового соотношения в режиме холостого хода. Для повышения топливной экономичности на малых и средних нагрузках смесь в небольших пределах обедняется, а на полных нагрузках — в таких же пределах обогащается. Для получения требуемого соотношения топлива и воздуха на конкретном режиме работы двигателя замеряется массовый расход воздуха и с учётом других факторов рассчитывается длительность импульса впрыска. Датчики массового расхода воздуха могут быть аналоговыми или цифровыми. В свою очередь, аналоговые датчики могут быть со следящим действием по температуре чувствительного элемента или по углу поворота заслонки во впускном коллекторе.

В аналоговом датчике первого типа в качестве чувствительного элемента используется подогреваемая током электрическая спираль из проволоки или фольги, размещаемой во впускном трубопроводе. Такая спираль подогревается до температуры, превышающей температуру поступающего воздуха (порядка 75-80 °C). При прохождении воздуха по трубопроводу эта спираль охлаждается, что вызывает снижение её электрического сопротивления и соответствующее изменение напряжения на контактах спирали. Такой сигнал изменения напряжения используется как аналог массового расхода воздуха.

В аналоговом датчике второго типа в качестве чувствительного элемента используется потенциометр с подвижным контактом, связанным с углом поворота заслонки, размещаемой во впускном трубопроводе, удерживаемой от поворота пружиной. Поток всасываемого воздуха стремится повернуть такую заслонку, преодолевая силу сопротивления пружины. Вал заслонки соединён с подвижным контактом потенциометра, который выдаёт электрический сигнал, являющийся аналогом угла поворота заслонки и соответственно линейно связанного с ним массового расхода воздуха, поступающего в двигатель.

Цифровой датчик массового расхода воздуха получает от блока управления базовый электрический сигнал напряжением 5 В и со своей стороны посылает обратно в блок управления вариационный частотный сигнал, соответствующий массе поступающего в двигатель воздуха. Выходной сигнал напряжения от датчика имеет прямоугольную форму с постоянной амплитудой, равной 0 или 5 В. Частота таких прямоугольных сигналов изменяется от 30 до 150 Гц. Меньшая частота соответствует меньшему количеству всасываемого воздуха. Увеличение частоты свидетельствует об увеличении количества поступающего в цилиндры воздуха.

При возникновении неисправности датчика массового расхода воздуха блок управления принимает к расчёту топлива количество воздуха по частоте вращения коленчатого вала и углу открытия дроссельной заслонки. При этом водителю сообщается световая или, реже, звуковая информация о возникшей неисправности и необходимости её устранения.

Датчик положения дроссельной заслонки выдаёт электрический сигнал, используемый для расчёта угла опережения зажигания и длительности импульса впрыска топлива. В качестве исходных данных используются угол поворота и скорость открытия дроссельной заслонки. Чувствительным элементом датчика является кольцевой потенциометр, подвижный контакт которого связан с валом дроссельной заслонки. Блок управления подаёт на потенциометр базовое напряжение 5 В. При повороте дроссельной заслонки изменяется сопротивление потенциометра и, соответственно, напряжение выходного сигнала, являющееся аналогом угла поворота дроссельной заслонки. Закрытому положению дроссельной заслонки соответствует сигнал на уровне 0,3-0,7 В, а полностью открытому её положению соответствует выходное напряжение в пределах 4,0-4,4 В.

При отказе датчика положения дроссельной заслонки блок управления рассчитывает её положение по частоте вращения коленчатого вала и сигналу от датчика массового расхода воздуха с одновременным включением на панели приборов светового индикатора «CHECK ENGINE», сообщающего водителю о возникшей неисправности.

Датчик положения коленчатого вала выдаёт в блок управления информацию о положении коленчатого вала, частоте и направлении его вращения. По разновидности рабочего процесса датчики могут быть трёх типов: индуктивные, на эффекте Холла и оптоэлектронные.

Индуктивный датчик работает по схеме однофазного тахогенератора и не требует внешнего источника питания. Датчик выдаёт синусоидальный импульс, когда зуб диска синхронизации проходит через магнитное поле обмотки датчика. Диск синхронизации изготовляется из стали с незначительным магнитным сопротивлением.

Датчик на эффекте Холла получает от блока управления базовое питающее напряжение 5 В. Чувствительным элементом датчика является полупроводниковая пластина, через которую начинает протекать ток, когда она находится в изменяющемся магнитном поле. Полупроводниковая пластина выдаёт импульсы постоянной ЭДС с частотой, являющейся аналогом частоты вращения коленчатого вала. Более подробно работа датчика на эффекте Холла.

Оптоэлектронный датчик получает от блока управления базовое питающее напряжение 5 В. Датчик содержит вращающийся вместе с коленчатым валом диск синхронизации с контрольными отверстиями или пазами. При вращении коленчатого вала диск перекрывает световой поток между источником света, например светодиодом, и приёмником светового излучения, в качестве которого может использоваться фототранзистор. При поступлении через отверстие или паз диска синхронизатора на фототранзистор светового излучения последний выдаёт на блок управления соответствующий электрический импульс. Частота таких импульсов является аналогом частоты вращения коленчатого вала.

На основании сигналов от датчика положения коленчатого вала блок управления выдаёт соответствующие управляющие сигналы по определению длительности импульсов впрыска топлива и величине угла опережения зажигания. Кроме этого частота таких электрических импульсов может использоваться для показаний тахометра.

Конструктивное исполнение датчика положения коленчатого вала должно удовлетворять требованию безотказности, превосходящей аналогичные показатели других датчиков и некоторых систем двигателя, поскольку при его отказе работа двигателя становится невозможной. Отсутствие сигнала от данного датчика блок управления воспринимает как остановку двигателя, хотя коленчатый вал может вращаться стартером. В таком случае блок управления заносит в оперативную память код неисправности и включает на панели приборов световой индикатор.

Датчик скорости автомобиля выполняется в таких же конструктивных разновидностях, как и датчик положения коленчатого вала, но размещается на ведомом валу коробки передач. Частота электрических импульсов такого датчика является аналогом скорости автомобиля и используется для показаний спидометра и в качестве одного из параметров управления длительностью впрыска топлива на холостом ходу. При отказе датчика скорости автомобиля исчезают показания спидометра, блок управления заносит в оперативную память код неисправности и включает на панели приборов соответствующий световой сигнализатор. При этом двигатель останавливается в режиме принудительного холостого хода.

Датчик температуры охлаждающей жидкости выдаёт блоку управления электрический сигнал, используемый в расчёте длительности впрыска топлива и коррекции момента искрообразования. Чувствительным элементом датчика служит термистор, то есть терморезистор, обладающий падающей зависимостью сопротивления при повышении температуры. Местом установки датчика является трубопровод на отводящем патрубке между блоком цилиндров и термостатом. Сигнал такого датчика не может использоваться для работы стрелочного прибора измерения текущего значения температуры двигателя, для чего применяется специальный датчик, вворачиваемый в блок цилиндров. Датчик температуры охлаждающей жидкости получает от блока управления базовое питающее напряжение 5 В. При низкой температуре охлаждающей жидкости сигнал выходного напряжения датчика превышает 4 В. При достижении рабочей температуры двигателя в диапазоне 85-95 °C напряжение выходного сигнала снижается до величины менее 2 В. При отказе датчика температуры охлаждающей жидкости происходит переобогащение топливовоздушной смеси, поскольку блок управления начинает рассчитывать длительность импульсов впрыска топлива по показаниям датчика массового расхода воздуха. Возникновение такой неисправности сопровождается занесением в оперативную память блока управления кода неисправности и включением на панели приборов соответствующего светового индикатора.

Датчик кислорода в отработавших газах выдаёт в блок управления сигнал, используемый для расчёта длительности импульсов впрыска. В качестве чувствительного элемента датчика может использоваться пластина в форме цилиндра из двуокиси циркония либо кольцо из двуокиси титана. В обоих случаях от блока управления на чувствительный элемент поступает базовое напряжение 0,45 В, с которым блок управления сравнивает уровень выходного напряжения датчика. Пластина на основе двуокиси циркония при получении базового напряжения выдаёт электрический сигнал напряжения, уровень которого является аналогом качества топливовоздушной смеси. При обогащении смеси выходное напряжение датчика повышается; при обеднении смеси — снижается. Чувствительный элемент на основе двуокиси титана изменяет сопротивление пластины в зависимости от состава топливовоздушной смеси.

Одним из основных условий работы датчика кислорода является его нагрев до рабочей температуры порядка 150 °C. Нагрев пластины обеспечивается встроенным в датчик нагревательным элементом, включение и отключение которого осуществляет блок управления. После пуска двигателя до достижения рабочей температуры пластины сигнал от датчика кислорода отсутствует, и расчёт длительности впрыска топлива выполняется блоком управления по сигналам других датчиков. По мере прогрева датчика он начинает выдавать выходной сигнал, напряжение которого изменяется от 0,05 до 0,1 В. Малому уровню сигнала соответствует высокая концентрация кислорода, свидетельствующая об обеднении топливовоздушной смеси. Высокому уровню сигнала соответствует низкая концентрация кислорода, свидетельствующая об обогащении такой смеси. В процессе работы двигателя блок управления посредством соответствующего включателя осуществляет периодическое включение и отключение подогревателя датчика.

При отказе датчика кислорода, вызываемом, прежде всего, применением металлосодержащих антидетонаторов, в оперативную память блока управления заносится код неисправности с включением соответствующего сигнализатора на панели приборов. Расчёт длительности впрыска топлива блок управления будет осуществлять без учёта показаний датчика кислорода. При этом возникает повышенный расход топлива, снижение мощности двигателя и его неустойчивая работа на режиме холостого хода.

Датчик детонации выдаёт блоку управления электрический сигнал о возникновении детонационного сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах, на основании которого блок управления уменьшает угол опережения зажигания. Местом крепления датчика является верхняя часть блока цилиндров. Чувствительным элементом датчика является пьезокерамическая пластина, которая выдает электрический сигнал в виде напряжения переменного тока, возникающий при вибрации блока двигателя от детонационного сгорания топлива.

При отказе датчика детонации блок управления заносит в оперативную память код неисправности и включает на панели приборов соответствующий сигнализатор. Блок управления при этом перестаёт корректировать угол опережения зажигания по данному показателю.

Датчик фаз выдаёт блоку управления электрический сигнал, используемый для организации последовательного впрыска топлива в соответствии с порядком работы цилиндров. Принцип действия датчика основан на эффекте Холла. Местом крепления датчика является головка блока цилиндров. При отказе датчика фаз блок управления заносит в оперативную память код неисправности и включает на панели приборов соответствующий сигнализатор. При этом блок управления переходит на режим попарно-параллельного впрыска топлива с использованием только сигнала датчика положения коленчатого вала.

В двигателях отечественного производства используются системы впрыска топлива с блоком управления «Январь 5.1». Блок управления принимает в качестве исходных величин сигналы от датчиков, на основе которых осуществляет управление длительностью впрыска топлива, коррекцией угла опережения зажигания, электроприводом вентилятора системы охлаждения двигателя. Блок управления указанного типа может использоваться на различных типах двигателей. Программное обеспечение, адаптирующее блок управления к конкретному двигателю, содержится в съёмной микросхеме, выполняющей роль программируемой памяти.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Двигатель | Добавил: autodromcar (15.11.2019)
Просмотров: 106 | Теги: Сигнал, устройство, двигатель, напряжение, управление, датчик, блок, вал, система двигателя, воздух, топливо, Топливная система | Рейтинг: 0.0/0

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar