Ім'я файлу: посібник електроніка автомобілів.pdf
Розширення: pdf
Розмір: 5202кб.
Дата: 18.02.2022
скачати
Пов'язані файли:
Текстові теги HTML5.docx

59
екологічності, паливної економічності, експлуатаційним характеристикам, зручності обслуговування і діагностики, що ставляться перед сучасними автомобільними двигунами законодавчо, і споживачами.
3.1.1 Зменшення забруднення довкілля вихлопними газами
У вихлопних газах містяться залишки вуглеводневого палива (СН), окис вуглецю
(СО), двоокис вуглецю (СО
2
), закиси азоту NO, азот (N) і кисень (О
2
). Зміст вуглеводнів вимірюється у частинах на мільйон за обсягом (РРМ чи млн.
-1
). Нормально працюючий двигун спалює в циліндрах майже всі паливо. Дозволений вміст СН має бути менше 50 РРМ. Бензин є канцерогеном.
Окис вуглецю — нестійка хімічна сполука, легко вступаюча в реакцію з киснем, у яких утворюється двоокис вуглецю СО
2
. СО — отрутний газ, беручи у легенях людини реакцію з киснем, викликає сильне отруєння (може бути летальний кінець). Рівень СО в вихлопних газах вимірюється у відсотках і повинна не перевищувати 0,5%.
Двоокис вуглецю СО
2
— результат сполуки вуглецю з палива з киснем повітря.
Дозволене зміст 12... 15%. Високі значення свідчить про хорошу роботу двигуна.
Низький рівень С02 свідчить, що паливо-повітряна суміш (ПП-суміш) багата чи бідна.
Підвищення концентрації СО
2
у атмосфері сприяє розвитку парникового ефекту.
Кисень — в повітрі його 21% і більша частина його входить у реакцію з паливом.
Рівень кисню в вихлопних газах має бути низьким, менше 0,5%.
У камері згоряння двигуна утворюється група закисів азоту, для стислості які будемо позначати NO
x
. Окис азоту NО — безбарвний газ без смаку і запаху.
Двоокис азоту NO
2
— рудуватий газ з кислим їдким запахом, слабко токсичний.
Закиси азоту NO
x формуються в камері згоряння двигуна за температури понад
1370 °С (2500 °F) або при великому тиску. При поєднанні окислів азоту з вуглеводнем
СН у атмосфері під впливом сонячних променів утворюється фотохімічний смог, шкідливий для органів дихання людини.
3.1.2 Екологія бензинових двигунів
На роботу бензинового двигуна дуже впливає співвідношення між масою повітря і палива в займистій суміші.
У ідеальному разі при повному спалюванні 1 кг (I л) бензину на 14,7 кг (10 м
3
) повітря утворюються нетоксичні речовини — вода і двоокис вуглецю. Співвідношення між масою повітря і палива, однакове 14,7:1, називається стехіометричним. Якість ПП- суміші визначається коефіцієнтом надлишку повітря λ, що дорівнює відношенню фактичного складу ПП-суміші до її стехіометричного складу. Повне згоряння палива в циліндрах ДВЗ має місце при λ = 1. Але з низки причин навіть при стехіометричному складі ПП-суміші згоряння здійснюється в не в повному обсязі й утворяться токсичні речовини.Згоряння багатою ПП-сумішшю (λ< 1) призводить до появи надлишкової кількості СО, Н2 і СН. Бідні ПП-суміші (λ= 1) згоряють із утворенням NO
x
і призводять до пропусків запалення.
3.1.3 Каталітичний газонейтралізатор
У каталітичному газонейтрализаторі відбуваються хімічні реакції, які зменшують концентрацію токсичних речовин, у вихлопних газах:

60
У сучасних газонейтралізаторах в якості каталізаторів хімічних реакцій використовуються шляхетні метали, наприклад платина. Для нормальної експлуатації каталітичного газонейтралізатора потрібно підтримку стехіометричного складу ПП- суміші з точністю — менше 1%. Інакше нейтралізатор поступово деградує. Така точність дозування без електронного управління недосяжна. У справному каталітичному нейтралізаторі до 90% токсичних речовин переробляється в нетоксичні.
3.1.4 Кут випередження запалювання
Неоптимальні значення кута випередження запалювання призводить до збільшення концентрації СН і NO
x в вихлопних газах. Точне задання кута випередження запалювання всім режимів роботи двигуна можливе лише за допомогою електронної системи управління [2|.
3.1.5 Екологія дизельних двигунів
У дизелях паливо впорскується безпосередньо у циліндри і загорається за допомогою розігріву стисненого повітря. У дизелях λ більше одиниці. При оптимальних значеннях λ = 1,1...1,2 в вихлопних газах міститься мінімум сажі, СН й
CO. На дизелях працюють двохкомпонентні окисні каталітичні нейтралізатори, змінюють СН й CO в СО
2
і Н
2
О. Застосування трьохкомпонентного каталітичного нейтралізатора неможливо через надлишок повітря. На процес згоряння палива дуже впливає точність синхронізації його впорскування. Наприклад, похибка початку впорскування в 1˚ обороту колінчатого валу веде до підвищення вмісту у вихлопних газах NO
x на 5% і СН на 15%.
Для зменшення концентрації NO
x на дизелях, як і на бензинових двигунах, застосовується система рециркуляції вихлопних газів.
3.1.6 Зменшення споживання палива
Економія палива в двигунах з електронним управлінням досягається з допомогою його точного дозування переважають у всіх режимах праці та відключення подачі палива, коли це припустимо, наприклад, під час гальмування двигуном. Збіднення займистої ПП-суміші із єдиною метою економії палива призводить до необхідності збільшувати кут випередження запалювання, так як бідна суміш горить повільно, та заодно зростає токсичність вихлопних газів. Управління кутом випередження запалювання здійснюється електронною автоматикою шляхом компромісу між кількістю споживаного палива й змістом токсичних речовин, у вихлопних газах за складними алгоритмами.
3.1.7 Діагностика
ЕБУ в фоновому режимі постійно контролює справність підключених до комп'ютера датчиків і виконавчих механізмів, і навіть справність систем, вихід із ладу яких веде до підвищення забруднення довкілля (каталітичний газонейтралізатор, система подачі палива й т.д.) [4].

61
3.2 Функції електронних системам управління бензиновим двигуном
3.2.1 Визначення необхідної кількості палива
Маса подаваного в двигун палива F
M
пов'язана з масою повітря A
м
і потрібним значенням коефіцієнта надлишку повітря λ співвідношенням (37):
Маса повітря може бути виражена через його обсяг А
v
, і щільність А
d
Щільність повітря A
D
визначається по його тиску і температурі у впускному колекторі з допомогою відповідних датчиків. У найпростішому разі обсяг повітря A
VRPM
розраховується за числом оборотів двигуна на хвилину N: де D — об’єм двигуна, V
L
— коефіцієнт використання об’єму, залежить від оборотів.
Якщо в двигуні застосовується рециркуляція вихлопних газів, їх обсяг A
VEGR
також враховується:
А
V
=
A
VRPM
-
A
VEGR
Обсяг
A
VEGR залежить від положення клапана системи рециркуляції вихлопних газів. У датчиках витрати повітря з вимірювальною заслінкою по відхиленню заслінки визначають безпосередньо обсяг повітря A
v
. Обсяг вихлопних газів A
VECR
, якщо вони подаються у камеру згоряння, системою рециркуляції враховувати непотрібно. Для визначення щільності повітря у впускному колекторі встановлюються датчики температури і тиску.
У сучасних системах управління двигунами встановлюються, зазвичай, датчики масової витрати повітря.
Визначивши необхідну масу палива F
M
, контролер по відомій продуктивності форсунки обчислює їм базові значення часу включення. Щоб маса подаваного через форсунки палива залежала тільки від тривалості їхнього вмикання, в рампі форсунок щодо впускного колектора спеціальним регулятором підтримується постійний тиск палива.
У двигунах з розподіленим упорскуванням залежно від складності й досконалості системи управління подача палива йде наступним чином:
• всі форсунки включаються одночасно одного разу за оборот колінчатого валу;
• форсунки включаються групами, наприклад, парами для 4-цилиндрового двигуна, одного разу за 4 такти. Групи управляються роздільно;
• форсунки управляються незалежно, тобто, подача палива на відповідному такті впуску ПП-суміші у кожний циліндр регулюється індивідуально.
3.2.2 Управління з сигналу датчика кисню
Сигнал з датчика кисню поступає у ЕБУ двигуна, де порівнюється зі опорним напругою V
S
, = 0,45 В. Ця напруга перебуває посередині між рівнем сигналів для збідненого і збагаченої ПП-суміші для цирконієвого датчика.
Коли сигнал з датчика кисню перевищує опорний рівень, програмне забезпечення
ЕБУ двигуна визначає робочу ПП-суміш як збагачену і ЕБУ починає поступово

62
зменшувати тривалість імпульсу відмикання форсунки. Датчик реагує на зміну складу паливо-повітряної суміші із певною затримкою. І чим довше датчик кисню реєструє збагачений склад ПП-суміші, тим більше зменшується тривалість імпульсу відмикання форсунок і тим біднішою стає ПП-суміші. В результаті таких дій вихідний сигнал датчика кисню перейде до рівня нижче опорного і ЕБУ зафіксує збіднений склад суміші. Отже, склад ПП-суміші постійно коливатиметься між збідненим і збагаченим станами навіть при роботі справного датчика кисню при постійно навантаженному двигуні (рисунок 3.1). У даному випадку має місце релейна стабілізація при коливаннях по граничному циклу.
Рисунок 3.1 - Сигнали у системі стабілізації стехіометричного складу ПП-
суміші
Частота переключень сигналів датчика (збіднений склад суміші — Збагадчений склад суміші) визначається за такою формулою:

63
де t l
— час, протягом якого паливо проходить шлях від форсунки впорскування, через впускний колектор, циліндр і випускний колектор до датчика кисню. Більшість двигунів під час роботи на холостому ходу частота f буде в діапазоні 0,5...2,0 Гц. У новітніх ДВЗ — до 10 Гц.
Зазначимо, що це релейна система стабілізації підтримує стехіометричний склад
ПП-суміші з похибкою 1...5%. Каталітичний газонейтралізатор має робочий обсяг для вихлопних газів, виконує функцію ресивера, демпфіруючого коливання у складі відпрацьованих газів.
3.2.3 Управління кутом випередження запалювання
Правильна установка поточного значення кута випередження запалювання оптимізує крутний момент по валу двигуна, мінімізує зміст токсичних речовин, у вихлопних газах, зменшує витрати, покращує їздові характеристики, виключає детонацію. Базові значення визначення кута випередження запалювання залежно від навантаження і зворотів двигуна закладено у постійній пам'яті контролера. Їх отримують під час експериментальних досліджень знову розроблюваного двигуна на стендовому динамометрі. Базові значення коригуються залежно від режиму роботи двигуна: перегрів, прискорення, включення системи рециркуляції вихлопних газів тощо.
3.3 Режими роботи системи управління двигуном
3.3.1 Запуск двигуна
Двигун при прокручуванні стартером повинен швидко запускатися за будь-якої температурі охолоджувача і зовнішнього середовища. При пуску паливо подають із надлишком (багата ПП-суміші), так як воно погано випаровується в холодному двигуні
і вони конденсуються на стінках впускного колектора. Але свічки запалювання заливатися не повинні, інакше іскроутворення погіршиться.
Під час запуску ЕБУ управляє подачею палива по калібрувальним діаграмам, що зберігається у постійної пам'яті, і коректують склад ПП-суміші по температурі охолоджувальної рідини. Датчик кисню тим часом ще не працює, бо не прогрітий, а
ПП-суміші перенасичена. Кількість подаваного палива починає зменшуватися, коли швидкість обертання колінчатого валу перевищить граничне значення для такого типу двигуна. У деяких системах управління при прокручуванні ДВЗ всі форсунки відкриваються одночасно й тільки після запуску починають працювати одночасно з тактами впуску своїх циліндрів.
Кут випередження запалювання при прокручуванні визначається ЕБУ по обортам і температурі двигуна. Для холодного двигуна і низької швидкості прокручування кут випередження запалювання майже нульовий. У будь-якому разі при прокручуванні
ДВЗ значення кута випередження запалювання обмежується, так як спалах в камері згоряння до верхньої мертвої точки може провернути колінчатий вал у протилежному напрямі і пошкодити стартер.
3.3.2 Прогрівання двигуна
Відразу після запуску холодного ДВЗ під час його прогріву систему управління двигуном мають забезпечувати:
• сталу роботу двигуна;

64
• швидке нагрівання датчика кисню і каталітичного нейтралізатора, запровадження
їх у робочий стан;
• мінімальне споживання палива й забруднення довкілля.
Для сталої роботи холодного двигуна до нього подається збагачена ПП-суміші.
Ступінь збагачення залежить від температури двигуна і всмоктуваного повітря. У деяких системах під час прогріву в каталітичний газонейтралізатор подається додатковий повітря. Виниклі в циліндрах надлишки СО і СН (через збагачену ПП- суміші) доокислюються в каталітичному нейтралізаторі. Хімічна реакція окислення прискорює розігрів нейтралізатора.
У другому варіанті під час прогріву двигуна збільшують оберти холостого ходу і зменшують кут випередження запалювання, що підвищує температуру вихлопних газів
і прискорює розігрів каталітичного газонейтралізатора
і датчика кисню.
Застосовується і електричний розігрів датчика кисню і нейтралізатора.
3.3.3 Робота в перехідних режимах
У перехідних режимах, тобто при швидкому збільшенні або зменшення навантаження чи оборотів ДВЗ, система управління має забезпечувати плавну, сталу роботу двигуна.
При прискоренні автомобіля дросельна заслінка різко відкривається, у впускний колектор надходить більше повітря. Система керування повинна швидко відреагувати, щоб не тільки не допустити збідніння робочої суміші, а й встигнути збагатити її так, щоб двигун штатно відпрацював збільшене навантаження. У цьому не повинено помітно збільшуватися забруднення довкілля вихлопними газами. Задля більшого максимального крутного моменту на валу двигуна кут випередження запалювання встановлюється за межею детонації.
При гальмуванні, їзді під гору, гальмуванні двигуном подача палива різко обмежується чи цілком відключається до того часу, поки оберти двигуна залишаються вище заданого значення (трохи більших обертів холостого ходу).
Система керування двигуном стежить за тим, щоб за відключенні подачі палива не охолонули й не перейшли у неробочий стан датчик кисню і каталітичний нейтралізатор. Зазвичай це реалізується додатковим електропідігріванням.
3.3.4 Повне навантаження
При їзді автомобіля під повним навантаженням, наприклад під гору, двигун повинен розвивати максимальну потужність. ЕБУ управляє складом ПП-суміші і кутом випередження запалювання по калібрувальним таблицям. Двигун має найкращі тягові характеристики при λ = 0,9...0,95, у цьому діапазоні датчик кисню не спрацьовує. Кут випередження запалювання має значення, що забезпечує максимальний крутний момент на валу, за необхідності виробляється корекція по детонації. Екологічні показники двигуна дещо погіршуються.
3.3.5 Робота на холостих обертах
У режимі холостого ходу систему управління двигуном з метою економії палива підтримує мінімальні сталі обороти. У міському циклі руху на холостому ходу автомобіль споживає близько 30% палива. Система регулювання холостих оборотів повинна відпрацьовувати як стрибкоподібно, і плавно мінливі навантаження.
Обороти двигуна на холостому ходу автоматично регулюються зміною кількості подаваного повітря, або кута випередження запалювання.

65
Повітря в режимі холостого ходу зазвичай подається через байпасний канал, перетин якого регулюється кроковим двигуном по командах ЕБУ. Є варіанти, коли кількість подаваного повітря регулюється автоматично керованим електроприводом дросельної заслінки. Недоліком системи управління оборотами холостого ходу шляхом зміни пропускного перерізу повітряного канала є його інерційність, особливо в стрибкоподібних змінах навантаження. Більш високу швидкодію має система, працююча зі зміною кута випередження запалювання в заданих межах. У середовищі сучасних ЕБУ для керування оборотами холостого ходу використовуються обидва ці варіанта управління.
Щоб двигун, працюючий на холостих обертах, не зупинявся при підключенні до нього потужного навантаження (наприклад, компресора кондиціонера), спочатку від вимикача навантаження на ЕБУ надходить сигнал про майбутнє збільшення навантаження, по якому ЕБУ збільшує оберти двигуна, і лише потім включається навантаження.
3.4 Системи подачі палива
Робота системи подачі палива в циліндри двигуна полягає у формуванні складу
ПП-суміші, її дозуванні, транспортуванні й розподілі по циліндрам. Водій управляє оборотами двигуна через дросельну заслінку, яка дозує кількість повітря що надходить до циліндрів.
3.4.1 Класифікація систем
Системи подачі палива бувають одноточкові (карбюратор чи центральний вприск, рисунок 3.2 а), чи багатоточкові (розподілений вприск, рисунок 3.2, б).
У системах з одноточковою подачею палива формування ПП-суміші виробляється поблизу дросельної заслінки. Транспортування і розподіл суміші по циліндрам доручається конструкції патрубків впускного колектора. Задовільною роботою такої системи у всіх режимах домогтися важко.
Рисунок 3.2 - Патрубки впускного колектора: а — для центрального впорскування; б — для розподіленого впорскування;
1 — паливо, 2 — повітря, 3 — дросельна заслінка, 4 — впускний колектор,
5 — форсунки, 6— двигун
У багатоточкових системах подача палива й зовнішнє сумішоутворення виробляється в безпосередній близькості до впускних клапанів. Паливо краще випаровується, мінімізований вплив конструкції впускного колектора на рівномірність розподілу суміші по циліндрам, патрубки впускного колектора транспортують лише

66
повітря.
3.4.2 Карбюратор з електронним управлінням
При використанні найпростішого поплавкового карбюратора, що більше повітря засмоктується в циліндри, то більше палива надходить для утворення ПП-суміші.
Основний недостаток такої системи сумішоутворення — нелінійний зв'язок між масою що надходить двигун повітря і кількістю розпиленого палива, тобто не витримується стехіометричний склад ПП-суміші при різних оборотах двигуна. Для компенсації цієї вади доводиться вводити в конструкцію карбюратора електронне керування. Такий карбюратор називають електронним.
Електронний карбюратор дозволяє якісніше реалізувати такі функції:
• стабілізація оборотів холостого ходу. Обороти ДВЗ на холостому ходу постійні з досить низьким рівнем із єдиною метою економії палива й зменшення токсичності вихлопних газів. У цьому двигун не повинен глохнути. Регулювання виробляється кроковим двигуном.Обороти холостого ходу можуть змінитися за сигналом від автоматичної коробки перемикання передач, від реле включення муфти кондиціонера та іншими сигналами про збільшення навантаження;
• прогрів двигуна. При прогріві двигуна оберти холостого ходу підтримуються збільшеними до того часу, поки відповідний сигнал не поступить від датчика температури охолоджувальної рідини;
• збагачення ПП-суміші при прогріві. Використовується обертова повітряна заслінка чи інший тип клапана для збагачення суміші залежно від режиму роботи двигуна і температури довкілля;
Рисунок 3.3 - Основні компоненти карбюратора з електронним управлінням

67
Рисунок 3.4 - Блок-схема системи керування електронним карбюратором
• відключення подачі палива на великих оборотах двигуна. Для відключення подачі палива використовується замикаючий електроклапан, який спрацьовує, коли температура двигуна вище допустимої норми, чи оберти двигуна вищі допустимого значення при відпущеної педалі акселератора (випадок — гальмування двигуном). З
Зміна складу (якості) ПП-суміші здійснюється в будь-якому карбюраторі механічними засобами і погано піддається електронному управлінню.
На рисунку 3.3 показані основні компоненти карбюратора з електронним управлінням, використовувані на деяких ранніх моделях автомобілів фірми Rover [10].
На рисунку 3.4 показано блок-схема системи управління карбюратором. Як завжди, до системи управління входять набір необхідних датчиків, пристрій обробки інформації, виконавчі механізми.
У такій системі оберти двигуна визначаються за частотою імпульсного сигналу, яке надходить із негативного затискача первинної обмотки котушки запалювання, як і у багатьох інших системах.
Датчик температури охолоджувальної рідини (термістор) розміщений в сорочці водяного охолодження двигуна, той самий датчик використовують у системи управління запалюванням.
Температура навколишнього середовища визначається термістором, розташованим під переднім бампером чи фарою. У пізніх системах температура всмоктуваного повітря вимірюється датчиком, встановленим у впускному колекторі.
Датчик закритого становища дросельної заслінки поміщений під педаллю акселератора і спрацьовує, коли педаль відпущена, тобто дросельна заслінка закрита.
Основним виконавчим механізмом в електронному карбюраторі є кроковий електродвигун. Кроковий двигун змінює становище дросельної заслінки відповідно з командами, створених в ЕБУ з урахуванням режиму роботи двигуна, температури охолоджувальної рідини і всмоктуваного повітря.
3.4.3 Системи з центральним упорскуванням палива
У цих системах використовуються одна чи дві форсунки, встановлені у впускному трубопроводі перед дросельної заслінкою (рисунок 3.5). Електробензонасос постійно прокачує паливо через форсунку 2. Регулятор тиску палива 1 підтримує тиск палива постійним лише на рівні 0,71 бар. Паливо подається через введення 7 і зливається знову в бак по поворотній лінії 3. За командою ЕБУ форсунка включається зазвичай одного

68
разу протягом двох оборотів колінчастого валу. Сопло сконструйоване так, щоб розпилюване паливо проходило між стінками трубопроводу і краями дросельної заслінки. На холостому ходу ПП-суміші подається у впускний колектор через байпасний канал 5, перетин якого регулюється кроковим двигуном 4.
Рисунок 3.5 - Форсунка центрального впорскування
3.4.4 Системи з розподіленим упорскуванням палива
Паливо подається поблизу впускних клапанів кожного циліндра з допомогою механічних чи електромеханічних форсунок. Переваги розподіленого впорскування порівняно з центральними:
• економія палива за рахунок його рівномірного розподілу по циліндрам. У системах з центральним упорскуванням подача палива регулюється під циліндр, який одержує найбільш бідну суміш, внаслідок сумарне споживання палива зростає;
• в системах з розподіленим упорскуванням є можливість оптимізувати конструкцію впускного колектора під подачу максимальної кількості повітря, внаслідок - з двигуна знімається велика потужність;
• за рахунок подачі палива у зону впускних клапанів зменшується транспортне запізнення, двигун швидше реагує на зміну становища дросельної заслінки;
• за рахунок скорочення транспортного запізнення, у системі стабілізації стехіометричного складу ПП- суміші за сигналом з датчика кисню підвищена частота переходу «бідна суміш — багата суміш». Це покращує роботу каталітичного нейтралізатора, зменшується вміст токсичних речовин у вихлопних газах.
Невід'ємними частинами сучасних систем подачі палива з переривчастим упорскуванням є:
• датчик масового витрати повітря (масметр), зазвичай термоанемометричний;
• система дозування палива: електробензонасос, паливний фільтр, рампа форсунок, електромагнітні форсунки, регулятор тиску палива. Бензонасос подає паливо в рампу під тиском 250...350 кПа. Регулятор тиску підтримує постійний перепад тиску між впускною трубою і нагнітаючою магістраллю рампи, надлишки палива повертаються

69
до бензобак по лінії зливу. Соленоїди форсунок управляються силовими транзисторами
ЕБУ. У деяких системах є додаткова пускова форсунка, що встановлюється за дросельної заслінкою і включається при холодному пуску двигуна;
• датчик кисню, сигнал якого використовується ЕБУ для роботи в замкнутому режимі стабілізації стехіометричного складу ПП- суміші.
3.5. Системи електро-іскрового запалювання
Призначення системи запалювання — запалення ПП-суміші в камері згоряння двигуна у потрібний час. Іскровий розряд повинен мати енергію, достатню для запалення суміші у всіх робочих режимах, у протилежному випадку відбувається пропуск запалення, неперегорівше паливо може зашкодити датчик кисню і каталітичний нейтралізатор, зросте токсичність вихлопних газів і витрати палива.
Процес горіння робочої суміші в циліндрі триває близько 2 мс і закінчується утворенням сильно розігрітого газоподібного робочого тіла. Необхідно, щоб максимум тиску розігрітих газів у циліндрі мала місце безпосередньо за верхньої мертвої точки поршня. Двигун працює про різних оборотах, отже, доводиться встановлювати кут випередження запалювання залежно від оборотів, щоб пік тиску в циліндрах був при необхідному кутовому становищі колінчастого валу. Велича века випередження впливає на економічність двигуна, токсичність вихлопних газів, розвиваючу потужність.
Електронна система запалювання містить такі основні компоненти: нагромаджувач енергії (найчастіше індуктивний), пристрій синхронізації моменту запалювання (електронний мікроконтролер), розподільник, свічки запалювання і високовольтні провода.
У електронних системах їх запалювання напруга на свічках перевищує 30 кВ.
Енергія для реалізації іскрового розряду накопичується у магнітному полі котушки запалювання. Її первинна обмотка періодично підключається під напругу бортової мережі автомобіля, і, коли струм сягає певної величини, обмотка відключається, а нагромаджена енергія трансформується у вторинну, яка підвищує обмотку котушки запалювання, в коло якої через високовольтний розподільник включені електроіскрові свічки запалювання.
У сучасних багатоканальних електронних системах запалювання розподільник відсутній. Синхронізація і генерація іскри виробляється електронними ланцюгами під керівництвом програми в ЕБУ. Наприклад, у системі запалювання з холостою іскрою двохвиводна вторинна обмотка котушки запалювання підключена до свічок двох циліндрів, робочі процеси у яких зсунуто за фазою на 360°. Тоді, у 4-цилиндровом двигуні можна використовувати блок з цих двох двовивідних котушок, в 6- цилиндровом — блок із трьох таких самих котушок, при цьому потреба в високовольтному розподільнику відпадає.
Є системи запалювання з накопиченням енергії в електричному полі конденсатора,
і потім розряджається через підвищуючий трансформатор на іскровий проміжок свічки запалювання. Застосовуються на високооборотних ДВЗ
3.6 Комплексні системи управління двигуном
Тенденції розвитку бортової автомобільної електроніки такі, які спеціалізовані по виконанню функцій системи управління поршневим бензиновим двигуном, такі як

70
система запалювання, система впорскування палива, система пуску холодного двигуна, система стабілізації холостих оборотів, система рециркуляції і нейтралізації вихлопних газів й інші, які сьогодні є окремими самостійними системи розробляються обмежено.
Їх функції інтегруються на єдину комплексну електронну систему автоматичного управління двигуном (ЕСАУ-Д). Як приклад комплексної ЕСАУ-Д на рисунку 3.6 показана схема сучасної системи управління двигуном з переривчастим і розподіленим по циліндрам упорскуванням палива (Motronic М5, Bosch).
Рисунок 3.6 - Схема системи управління двигуном Motronic М5
1 — адсорбер,
2 — клапан продувки адсорбера,
3 — датчик масової витрати повітря,
4 — ЕБУ,
5 — діагностичний інтерфейс,
6 — лампа MIL (Check Engine),
7 — датчик диференціального тиску парів палива в баку,
8 — електробензонасос,
9 — акселерометр на корпусі автомобіля,
10 — датчик становища дросельної заслінки,
11 — регулятор оборотів холостого ходу,
12 — датчик температури повітря у впускний трубі.
13 — клапан рециркуляції вихлопних газів,
14 — паливний фільтр,
15 — датчик детонації,
16 — датчик становища колінчатого валу,
17 — датчик температури охолоджувальної рідини,
18 — датчик кисню на вході каталітичного нейтралізатора,
19 — датчик кисню не виході каталітичного нейтралізатора,
20 — датчик розрідження,
21 — регулятор тиску палива й форсунка,
22 — індивідуальна котушка запалювання,
23 — датчик фаз,

71 24 — насос подачі повітря на каталітичний нейтралізатор,
25 — каталітичний нейтралізатор
3.7 Діагностичні функції системи управління двигуном
Будь-яка сучасна мікропроцесорна систему управління має деякі діагностичні можливості. Ці можливості реалізуються контролером відповідно до програми, закладеної у постійній пам'яті, в час, коли мікропроцесор в повному обсязі завантажений виконанням основних управляючих алгоритмів,тобто в фоновому режимі.
Під час звичайної експлуатації автомобіля контролер періодично тестує його електричні і електронні компоненти. При виявленні несправності контролер переходить на аварійний режим роботи, підставляючи в алгоритми підходяще значення параметра замість того, що дає несправний блок. Наприклад, якщо контролер знайде несправність у подальшому ланцюгу датчика температури охолоджувальної рідини, програма встановить значення температури для штатної роботи двигуна (зазвичай 80
°С) і використовуватиме це значення при реалізації управляючих алгоритмів, щоб автомобіль залишався на ходу. Заміщене значення зберігатиметься у пам'яті ЕБУ.
3.7.1 Основні інформацію про стандарті OBD-II
Програмне забезпечення сучасних автомобільних бортових діагностичних систем відповідає стандарту OBD-II.
Розробка вимог і рекомендацій OBD-II велася під егідою ЕРА (Environmental
Protection Agency — Агенство з охорони навколишнього середовища при владі США), з участю CARB (California Air Resources Board — відділ по охороні довкілля в часи уряду штату Каліфорнія) і SAE (Society of Automotive Engineers — Міжнародне суспільство автомобільних інженерів). OBD-II передбачає точніше управління двигуном, трансмісією, каталітичним нейтралізатором тощо. Доступ до системної
інформації ЕБУ можна проводити неспеціалізованими сканерами. З 1996 року всі продавані автомобілі США відповідають потребам OBD-II. У Європі аналогічні документи приймаються традиційно з запізненням стосовно США, тим ненайменше аналогічні правила набрали чинності з I січня 2000 року (EOBD — European On Board
Diagnostic).
Підприємства автосервісу виграють від використання стандарту OBD-II, так як процес діагностики електронних систем автомобіля стандартизується і можна і той ж сканер без спеціальних адаптерів використовуватиме тестування автомобілів всіх марок (які продавалися в США починаючи з 1996 року).
Виконання стандарту OBD-II забезпечує:
• стандартний діагностичний роз’єм;
• стандартне розміщення діагностичного роз’єму;
• стандартний протокол обміну даними між сканером і автомобілем;
• стандартний список кодів несправностей;
• збереження у пам'яті ЕБУ кадру значень параметрів у разі появлення коду помилки («заморожений» кадр);
• моніторинг бортовими діагностичними засобами компонентів, відмова яких може призвести до підвищення токсичних викидів в довкілля;
• доступ неспеціалізованих сканерів до кодів помилок, параметрів,

72
«заморожених» кадрів, тестуючих процедур, тощо;
• перелік термінів, скорочень, визначень, що використовуються елементів електронних систем автомобіля.
Обмін інформацією між сканером і автомобілем виробляється відповідно до міжнародного стандарту ІS01941 і стандарту SAE J1850. Стандарт J1979 установлює список кодів помилок, і рекомендовану практику програмних режимів роботи для сканера.
3.7.2 Структура програмного забезпечення систем OBD-II
Програмне забезпечення ЕБУ двигуна сучасного автомобіля складне. Діагностика й самотестування в системах OBD-I1 здійснюється підпрограмою Diagnostic Executive, часто званої просто Executive. Executive з допомогою спеціальних програм — моніторів
(emission monitor) контролює до семи різних систем автомобіля, несправність у роботі яких можуть призвести до підвищення забруднення довкілля. Інші датчики і виконавчі механізми, які не війшли у ці сім систем, контролюються восьмим монітором
(comprehensive component monitor — CCM). Executive працює, в фоновому режимі здійснюючи постійний контроль за устаткуванням з допомогою згаданих програм — моніторів без втручання людини.
Кожен монітор може здійснити тестування під час поїздки, тобто циклу «ключ запалювання включений — двигун працює — ключ виключений» за виконання певних умов. Критерієм, може бути час після запуску двигуна, оберти двигуна, швидкість автомобіля, становище дросельної заслінки тощо. Багато тестів виконують на прогрітому двигуні. Виробники по-різному встановлюють ці умови, наприклад, для автомобілів Ford це означає що температура двигуна перевищує 70 °С (158°F) і протягом поїздки вона підвищилася щонайменше ніж 20 °С (36 F)
По різних причинам Executive може затримати виконання тесту:
• скасовані тести — Executive виконує деякі вторинні тести лише коли пройшли первинні, інакше тест не виконується;
• конфліктуючі тести — іноді одні й самі датчики і компоненти мають бути використані різними тестами. Executive не допускає цього, затримуючи один тест до остаточного виконання другого;
• затримані тести — тести та монітори мають різний пріоритет, Executive затримає тест з нижчим пріоритетом, доки виконає дослідження з вищим пріоритетом.
У табл. 3.1 наведено умови до виконання або затримку тестів монітора каталітичного нейтралізатора OBD-ІІ сумісних автомобілів Chrysler [12].
Executive здійснює три виду тестів:
• пасивний тест означає просто спостереження (моніторинг) за значеннями параметрів системи чи кола;
• активний тест реалізується, коли система не проходить пасивний тест.
Передбачається подача тест-сигналу і реєстрація реакції системи на неї. Тест-сигнал повинен надавати мінімальний вплив на поточну роботу досліджуваної системи;
• якщо не пройшли активний і пасивний тести, Executive виконає тест, під час якого режими двигуна і підсистем можуть змінюватися.
Результати виконання тестів передаються від моніторів Executive. Коди помилок виявленої несправності записуються в пам’ять ЕБУ і запалюється лампа MIL, якщо несправність підтверджується у двох поспіль поїздках.

73
Монітор ССМ контролює вхідні і вихідні сигнали компонентів і підсистем поза діяльності перших семи моніторів. Залежно від типу ЕБУ монітор ССМ можуть контролюватися такі пристрої:
• датчик масового витрати повітря;
• датчик температури охолоджувальної рідини;
• датчик температури повітря;
• датчик становища дросельної заслінки;
• датчик становища колінчатого валу;
• датчик становища розподільного вата;
• бензонасос тощо.
Зазвичай Executive включає лампу MIL після виявлення несправності у двох поспіль поїздках.
Монітори обслуговують:
• каталітичний нейтралізатор;
• датчики кисню;
• пропуски запалення;
• паливну систему;
• систему уловлювання парів палива в баку;
• систему рециркуляції вихлопних газів;
• систему подачі повітря на випускний колектор.
3.7.3 Монітор каталітичного нейтралізатора
Сучасні газоаналізатори — це дуже складні, громіздкі і дорогі пристрої і на автомобілях не встановлюються. Для контролю несправності каталітичного нейтралізатора на його виході встановлено другий датчик кисню (див. рисунок 2.16).
Систему керування подачею палива в двигун є релейним стабілізатором стехіометричного складу ПП-суміші, який коливається близько стехіометричного значення із частотою 4... 10 гц, що відстежується сигналом з вхідного стосовно каталітичного нейтралізатора датчика кисню. Цей сигнал коливається між рівнем
0,1...0,9 В на частоті 4... 10 Гц відповідно до зміни концентрації кисню в вихлопному газі. (див. рисунок 2.17, поз. 2).
3.7.4 Монітор датчиків кисню
Монітор проводить різні тести залежно від того, де міститься датчик — на вході чи виході каталітичного нейтралізатора. Для обох датчиків перевіряється справність ланцюгів нагрівачів. Для датчика кисню на вході нейтралізатора перевіряються напругу по високому і низькому рівнях сигналу і частоти переключень. Частота визначається за кількістю перетинань сигналом з датчика середнього рівня 450 мВ за певний час; обмірюване значення порівнюється зі здобутих у попередньому тесті. Крім того, монітор визначає тривалість фронтів сигналу, тобто переходів «збіднена суміш — збагачена суміш» і «збагачена суміш — збіднена суміш». Зазвичай фронт «збіднена суміш — збагачена суміш» коротший. Монітор визначає також середній час реакції датчика кисню на вході нейтралізатора.
3.7.5 Монітор перепусток у системі запалювання
Причиною пропусків може бути недостатня компресія, невідповідна кількість подаваного в циліндри палива, слабка іскра тощо. Пропуски призводять до збільшення

74
кількості вуглеводнів (СН) в вихлопних газах на вході каталітичного нейтралізатора, що прискорює його деградацію і збільшує вміст токсичних речовин, у вихлопі.
При пропуску запалення тиск у циліндрі під час робочого ходу нижче норми, рух поршня і колінчатого валу сповільнюється. Саме по цих ознаках монітор визначає наявність пропуску. Інформація йде від датчика становища колінчатого валу.
Рівномірний проходження імпульсів із виходу датчика становища колінчатого валу
(рисунок 3.7) порушується при пропуску, кілька імпульсів поспіль матимуть підвищену тривалість. Порівняння вихідних сигналів від датчиків становища розподільного і колінчатого валів дозволяє ідентифікувати циліндр з пропуском.
Рисунок 3.7 - Схема визначення пропусків у системі запалювання
Монітор враховує можливість вібрацій на поганих дорогах. Для підвищення захисту від перешкод організовані програмні лічильники пропусків запалення для кожного циліндра окремо. У цих лічильниках зберігається число пропусків протягом останні 200 і 1000 обертів розподільного валу. Щоразу, коли монітор фіксує пропуск,
Executive запитує лічильники, визначаючи, чи не відрізняється вміст провіреного лічильника з іншими. Монітор не допускає переповнення лічильників.
Монітор розрізняє несправності, коли пропуски запалення можуть вивести з ладу каталітичний нейтралізатор і коли норма на токсичність перевищена більш ніж в 1,5 рази. Executive негайно запише в пам’ять ЕБУ код помилки і лампа MIL буде при цьому блимати, якщо в понад 15% випадків під час останніх 200 оборотів було зафіксовано пропуски. У термінах OBD-II — це несправність і код помилки типу А.
Несправність типу В і код помилки встановлюються, якщо у двох поспіль поїздках монітор зафіксував більше 2% пропусків на 1000 оборотів. Тоді Executive включає лампу MIL постійно і записує відповідні коди помилок в пам’ять ЕБУ.
3.7.6 Монітор паливної системи
ЕБУ в режимі роботи
із зворотним зв'язком здійснює стабілізацію

75
стехіометричного складу паливної суміші. Це релейна стабілізація, тобто склад суміші постійно коливається між рівнем «багата суміш — бідна суміш», але загалом склад підтримується стехіометричним. Частота коливань близько 10 Гц.
При релейній стабілізації стехіометричного складу ПП-суміші ЕБУ постійно змінює цей склад в рамках ±20%. Це нормально, такі переключення складу ПП-суміші потрібні й для сталої роботи каталітичного нейтралізатора. Коливання складу ПП- суміші відбиваються миттєвими значеннями коефіцієнта корекції паливоподачі. Ці значення коливаються відносно середнього в інтервалі ±20% при нормальній роботі.
При відключенні запалювання миттєві значення коефіцієнтів корекції подачі палива не зберігаються.
Інформації про середні значення коефіцієнта паливо-корекції потрібна при діагностиці, природно, вона входить в число параметрів, отриманих від ЕБУ сканером.
На застарілих автомобілях значення коефіцієнтів паливо-корекції нормувалися в рамках 0...255 звітів або 0... 100%.
Рисунок 3.8 - Шкала коефіцієнтів паливо-корекції
Для контролера МР7.0Н автомобіля ВАЗ середні значення коефіцієнтів корекції подачі палива можливі в діапазоні ±0,45 [11]. Для систем OBD-ІI значення нормовані в діапазоні ±100 (рисунок 3.8). Значення із середини діапазону, тобто 128 звітів чи 50%
(0% для OBD-ІІ) відповідають оптимальному режиму роботи справного двигуна, де ніякої корекції базових значень каліброваної діаграми в осях «обертів — навантаження двигуна» не проводилося.
Монітор паливної системи відстежує середні і миттєві значення коефіцієнтів корекції паливоподачі. У випадку, коли ЕБУ у вигляді корекції подачі палива не може компенсувати накопичувані несправності, загоряється лампа MIL і заносять у пам'ять відповідні коди помилок.
3.7.7 Монітор системи уловлювання парів бензину
Монітор контролює обсяг парів палива, що надходить з адсорбера у впускний колектор, і виток з цієї системи. Пари палива поступають із бака (рисунок 3.9) в адсорбер з активованим вугіллям обсягом близько 1 л, де нагромаджуються і за певної умови, наприклад при рівномірному збільшенні швидкості руху автомобіля, ЕБУ відкриває електромагнітний клапан продувки адсорбера, пари палива засмоктуються з повітрям у впускний колектор і спалюються в циліндрах двигуна. Якщо не вжити подібних заходів то випаровування палива дає до 20% загальної кількості токсичних речовин, що викидаються автомобілем в довкілля.
Монітор контролює об'ємну витрату парів палива за сигналом датчика тиску в бензобаку (рисунок 3.9).

76
Рисунок 3.9 - Схема уловлювання парів палива на баку
При цьому продувки адсорбера відкритий, а клапан підвода атмосферного повітря на адсорбер закритий. При закритому клапані продувки адсорбера по показниках датчика тиску парів палива в баку визначається інтенсивність витоку.
Якщо у двох поспіль поїздках буде зафіксовано несправності, Executive включить лампу MIL і запише коди помилок.
3.7.8 Монітор системи рециркуляції вихлопних газів
Система рециркуляції вихлопних газів (exhaust gas recirculation — EGR) призначена для зменшення вмісту окислів азоту (NO
х)
у вихлопних газах. У присутності сонячного світла NO
x входять у реакцію з вуглеводнем, утворюючи канцерогенний фотохімічний смог.
Вперше система EGR було застосовано автомобілями Chrysler в 1972 року. Окисли азоту виникають за нормальної температури в камері згоряння вище 1370°С (2500 °F).
При певних режимах роботи двигуна, коли не виробляється відбір повної потужності, наприклад, при рівномірному русі по шосе, допустимо знизити температуру згоряння робочої суміші, тобто вдатися до зменшення потужності. Це досягається введенням невеликої кількості (6... 10%) вихлопних газів з випускного у впускний колектор.
Вихлопні гази мало містять кисню і тому розбавляють ПП-суміш, не змінюючи коефіцієнт β (співвідношення повітря/паливо), але помітно знижують температуру горіння.
З 80-х років EGR є частиною електронної системи управління двигуном. Монітор
EGR контролює ефективність роботи системи рециркуляції вихлопних газів. Під час тесту відкривається і закривається клапан EGR і спостерігаються реакції контрольного датчика. Вихідний сигнал контрольного датчика порівнюється зі значеннями з каліброваної таблиці, визначається ефективність системи EGR, при незадовільних результатах монітор запише в пам’ять ЕБУ відповідні коди помилок. В якості

77
контрольного датчика можна використовувати різні пристрої. На автомобілях Chrysler
[12] контролюється зміна вихідної напруги датчика кисню. При закриванні клапана
EGR вміст кисню в вихлопних газах підвищується, і, як наслідок, напруга на виході датчика кисню зменшується. Монітор запише код помилки, якщо ця напруга зменшилася недостатньо.
На автомобілях General Motors в якості контрольного використовується датчик абсолютного тиску у впускному трубопроводі, де тиск змінюється при відкриванні клапана EGR.
3.7.9 Монітор інжекції вторинного повітря (AIR-monitor) в каталітичний
нейтралізатор
Каталітичні нейтралізатори з повторною інжекцією повітря для прискорення їх розігріву під час пуску двигуна використовуються не на всіх автомобілях, відповідно в програмному забезпеченні не всіх ЕБУ є такі монітори.
Монітор контролює під час тесту справність клапанів й байпасного каналу, кількість пройденого в нейтралізатор повітря. Для ідентифікації пройденого через клапан повітря більшість виробників використовують датчик кисню на вході нейтралізатора. Розуміється, Executive затримує виконання тесту монітора AIR, поки не виконається буде тест монітора датчиків кисню. Як і для решти моніторів, Executive включає лампу MIL і записує коди помилок у пам’ять ЕБУ для виявлення несправності у двох поїздках поспіль.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

скачати