Motronic: Общее описание системы управления двигателем

Сообщение

Общее описание системы Motronic

Обзор системы

Motronic объединяет в одном блоке управления всю электронику управления двигателем, которая выполняет все желаемые функции в двигателях Отто. Измерительные датчики (сенсоры) на двигателе регистрируют все требуемые параметры, например такие цифровые входы как:

зажигание (вкл./выкл.),

положение распредела,

скорость автомобиля,

включенная передача,

переключение передач,

кондиционер и т.д.

или аналоговые входы как:

напряжение аккумуляторной батареи,

температура двигателя,

температура воздуха на впуске,

количество воздуха,

угол открытия дроссельной заслонки,

а также

частота вращения двигателя. Входные схемы блока управления подготавливают сигналы для микро-процессора. Он обрабатывает эту информацию, распознает по ним состояние двигателя и в зависимости от него проводит расчёты и выдает исполнительные сигналы. На оконечных ступенях эти сигналы усиливаются и подаются на исполнительные звенья системы, управляя таким образом двигателем. Тем самым достигается оптимальное согласование между вспрыском, наилучшим смесообразованием и правильным моментом зажигания на различных режимах работы двигателей Отто.

Исполнения системы Motronic

Последующее описание с приведённой схемой относится к типичному исполнению системы Motronic (Рис. 1). Последующие варианты обусловлены индивидуальными требованиями, которые ставит законодательство и автомобилестроение различных стран к системам управления двигателем.

Основная функция

Управление зажиганием и впрыском бензина (независимо от исполнения) являются ядром системы Motronic.

Дополнительные функции

Дополнительные функции управления и регулирования (стали необходимыми вследствие принятия законодательства по уменьшению вредных эмиссий и расхода топлива) расширяют базовые функции системы Motronic и обеспечивают контроль всех компонентов, влияющих на состав отработавших газов.
К ним относятся:

регулировка частоты вращения холостого хода,

Лямбда-регулирование,

управление системами улавливания топливных испарений,

детонационное регулирование,

рециркуляция ОГ для снижения эмиссий NOx

управление системой подачи вторичного воздуха для снижения эмиссий CH.

При более высоких требованиях система может дополняться функциями:

управление турбонагнетателем, а также переключением конфигурации впускного тракта для повышения мощности двигателя,

управление распределительным валом для снижения эмиссий и расхода топлива, а также повышения мощности двигателя

детонационное регулирование, а также ограничение частоты вращения и скорости для защиты двигателя и автомобиля.

Управление автомобилем

Система Motronic поддерживает работу блоков управления других систем автомобиля. Так она позволяет в совокупности с блоком управления автоматической коробкой передач такое переключение, которое посредством снижения крутящего момента двигателя при переключении предохраняет передачу и совместно с антиблокировочной (АБС) и противобуксовочной (ПБС) системами создаёт повышенную безопасность при езде. Нижеприведённая схема показывает максимальный объем системы Motronic. Такая система может быть использована для выполнения:

строгих ограничений по токсичности отработавших газов

требований по бортовой диагностике в штате Калифорния (США) с 1993 г.

: Схема системы Motronic MS с бортовой диагностикой (OBD).; Screenshot_12.jpg (206.77 КБ) 42 просмотра

Сообщение

Топливная система

Топливоподача

Система топливоподачи

Система топливоподачи имеет задачу на любых режимах подавать в двигатель необходимое количество топлива. Для этого топливо нагнетается из топливного бака электроприводным насосом через топливный фильтр к распределителю с электромагнитными форсунками. Форсунки вспрыскивают топливо точными дозами во впускные каналы двигателя. Неизрасходованное горючее, протекая через регулятор давления, возвращается в топливный бак (рис. 1). В большинстве случаев регулятор давления использует давление во впускном тракте как опорное. При типовом давлении и потоке через топливораспределитель (охлаждение топлива) не возникает нежелательного парообразования в топливе. Таким путём создаётся постоянная разность давлений на форсунках, обычно 300 кПа. В случае необходимости в систему топливоподачи могут быть встроены демпферы для гашения пульсаций давления.

: Система топливоподачи Motronic; Screenshot_13.jpg (140.31 КБ) 40 просмотров

Электробензонасос

Задача

Электробензонасос постоянно нагнетает топливо из топливного бака. Он может быть встроен непосредственно в топливный бак (погружной) или расположен снаружи (магистральный).

Применяемые в большинстве сегодня погружные насосы (рис. 2 и 3) смонтированы в баке вместе с датчиком уровня топлива и завихрителем, служащим для отделения пузырьков пара в сливном канале. Во избежание перегрева при применении погружных насосов в топливный бак может быть встроен насос подкачки, который подаёт топливо к главному насосу под малым давлением. Для обеспечения требуемого давления на любых режимах, к двигателю подаётся значительно больше топлива, чем он максимально расходует.
Электробензонасос включается от блока управления двигателя. Реле защиты предотвращает подачу топлива при включённом зажигании и неработающем двигателе.

: Двухступенчатый топливный электронасос; Screenshot_14.jpg (186.29 КБ) 40 просмотров

Устройство

Электробензонасосы состоят из следующих элементов:

насосная часть

электродвигатель и крышка подключения

Электродвигатель и насосная часть электробензонасоса находятся в общем корпусе и постоянно омываются топливом. Это благоприятно сказывается на охлаждении электродвигателя. Из-за отсутствия кислорода в корпусе взрывоопасная смесь образоваться не может. Поэтому опасности взрыва не существует. В крышке подключения находятся электроконтакты, обратный клапан и нагнетательный штуцер. Обратный клапан определенное время держит систему под давлением после отключения электробензонасоса во избежание образования паровых пробок. Дополнительно в крышке подключения могут быть вмонтированы помехоподавительные устройства для подавления помех от искрообразования.

Разновидности конструкций

В зависимости от требований к системам применяются насосы различных принципов действия (рис. 4).

Объёмные насосы

Роликовые насосы и шестерённые насосы внутреннего зацепления относятся к группе объёмных насосов. Действие насоса состоит в том, что вращающиеся камеры меняющейся величины открывают впуск и за счёт увеличения камеры засасывают топливо. Когда достигается максимальное заполнение, входное отверстие закрывается и открывается выпускное. Посредством уменьшения камер топливо выталкивается.
В роликовых насосах камеры образуются за счёт вращающихся роликов, находящихся в сепараторе. Под влиянием центробежной силы и топливного давления они прижимаются к эксцентрической поверхности статора. Эксцентриситет между сепаратором и статором обуславливает увеличение и уменьшение объема камер.
Шестерённый насос внутреннего зацепления состоит из одной внутренней приводной шестерни, находящейся в зацеплении с эксцентрично установленным ротором, который имеет на один зуб больше. Боковые стороны зуба при вращении образуют в своих промежутках меняющиеся камеры. Роликовые насосы могут применяться при давлении топлива до 650 кПа, шестерённый насос внутреннего зацепления - до 400 кПа, что вполне достаточно для всех применений системы Motronic.

Лопастные насосы

К лопастным насосам относятся периферийные и насосы с боковым каналом. В них частицы топлива ускоряются турбинкой и вытесняются в один канал, где они посредством импульсного обмена создают давление. Периферийные насосы отличаются от насосов с боковым каналом большим количеством лопаток, формой турбинок и наличием распределённых по окружности каналов. Периферийные насосы могут создать давление топлива только до 300 кПа, но они особенно хорошо подходят для малошумных применений на автомобиле благодаря непрерывному, практически не пульсирующему течению топлива. Насосами с боковым каналом создается давление только до 100 кПа. Их применяют как подкачивающие насосы в системах с магистральным насосом и как первую ступень при двухступенчатых погружных насосах в автомобилях с проблемами горячего пуска, а также в системах с одноточечным вспрыском.

: Принцип действия электробензонасоса; Screenshot_15.jpg (151.37 КБ) 39 просмотров

Топливный фильтр

: Топливный фильтр; Screenshot_16.jpg (75.19 КБ) 30 просмотров

Загрязнения топлива могут отрицательно влиять на функции форсунок и регулятора давления. Поэтому обязательно необходим топливный фильтр. Топливный фильтр имеет бумажный элемент с пористостью около 10 мкм. Он находится в металлическом корпусе и фиксируется опорным фланцем. Интервал замены зависит от объёма фильтра и загрязнения топлива.

Топливный распределитель

Топливо протекает через топливный распределитель и таким образом равномерно распределяется на все форсунки. Рядом с форсунками в большинстве случаев находится регулятор давления и в некоторых случаях демпфер гашения пульсаций давления, которые обычно крепятся к топливному распределителю. Подбор размеров распределителя устраняет локальные пульсации давления вследствие резонансов при открытии и закрытии форсунок. Тем самым предотвращаются нестабильное и зависящее от частоты вращения дозирование. В зависимости от требований к различным типам автомобилей топливные распределители изготавливаются из стали, алюминия или пластмассы. В целях контроля и сброса давления топлива при обслуживании может быть встроен контрольный клапан.

Регулятор давления топлива

: Регулятор давления топлива; Screenshot_17.jpg (68.69 КБ) 34 просмотра

Доза вспрыскиваемого топлива должна зависеть только от времени впрыска. Поэтому разница между давлением топлива в топливном распределителе и давлением во впускной трубе должна оставаться постоянной. Зависящее от нагрузки давление во впускной трубе должно быть отражено на давлении топлива.
Регулятор давления топлива пропускает обратно в бак столько горючего, сколько необходимо для поддержания постоянного перепада давления на форсунках. Обычно он монтируется в конце топливного распределителя для полного его промывания, но может располагаться и в топливном трубопроводе.
Конструктивно регулятор выполнен как мембранный регулятор избыточного давления (рис. 6). Резинотканевая мембрана разделяет регулятор на топливную и пружинную камеры. Пружина через встроенный в мембрану корпус клапана прижимает клапанную пластину к седлу. Когда давление топлива преодолевает силу пружины, клапан открывается, пропуская излишки топлива обратно в бак.
Пружинная камера соединена с впускным каналом за дроссельной заслонкой, поэтому разряжение во впускном коллекторе воздействует и на регулятор. Это обеспечивает постоянное соотношение давлений на мембране, зависящее только от характеристик пружины и площади мембраны.

Демпфер гашения пульсаций давления топлива

: Демпфер гашения пульсаций давления топлива; Screenshot_18.jpg (68.13 КБ) 34 просмотра

Пульсации давления возникают из-за цикличной работы форсунок и периодической подачи топлива объемным насосом. Эти колебания могут передаваться через крепления насоса, топливопроводы и распределитель на бак и кузов, создавая шумы.
Демпфер (рис. 7) конструктивно аналогичен регулятору давления: топливная и воздушная камеры разделены подпружиненной мембраной. Пружина рассчитана так, что мембрана сдвигается при достижении рабочего давления, позволяя камере принимать излишки топлива при пульсациях и отдавать их при падении давления.
Для стабилизации работы при колебаниях абсолютного давления, вызванных изменениями во впускном тракте, пружинная камера может соединяться с впускным каналом. Как и регулятор, демпфер может устанавливаться на распределителе или топливопроводах.

Сообщение

Впрыск топлива

Жесткие требования к устойчивой работе и составу выхлопных газов автомобиля обуславливают высокие требования к смесеобразованию для каждого рабочего такта. Наряду с точной дозировкой вспрыскиваемой топливной массы в соответствии с количеством воздуха, поступившего в двигатель, имеет важное значение и момент впрыскивания. Поэтому каждый цилиндр двигателя имеет электромагнитную форсунку. Она впрыскивает топливо строго дозированно и в регулируемый блоком управления момент времени непосредственно перед впускным (-ыми) клапаном (+нами) цилиндра. Тем самым можно избежать образования плёнки на стенках впускного тракта на нестационарных режимах двигателя, которые вызывают частичные отклонения от желаемых значений α. Впускной тракт двигателя направляет только воздух для сгорания и тем самым может быть оптимально приспособлен к газодинамическим требованиям двигателя.

Электромагнитная форсунка

: Форсунки впрыска с верхним и боковым подводом топлива.; Screenshot_19.jpg (337 КБ) 28 просмотров

Электромагнитная форсунка имеет клапанную иглу с насаженным магнитным сердечником (рис. 8 и 9). Она очень точно пригнана в корпусе распылителя. Спиральная пружина прижимает клапанную иглу в спокойном состоянии к уплотнительному седлу корпуса распылителя и закрывает таким образом выходное топливное отверстие во впускной канал двигателя.
Как только блок управления включает ток в обмотку форсунки, сердечник с клапанной иглой поднимается на 60...100 µm, вследствие чего топливо впрыскивается через калиброванное отверстие.
В зависимости от способа впрыска, частоты вращения и нагрузки двигателя время включения составляет 1,5...18 мс при частоте срабатывания 3...125 Гц. Соответственно применению имеются различные типы форсунок:

Форсунка с верхним подводом топлива

В такой форсунке топливо протекает по оси сверху. Она вставляется верхним уплотнительным кольцом в соответствующей формы отверстие топливного распределителя и крепится одним зажимом. Нижним уплотнительным кольцом она находится во впускном коллекторе двигателя (рис. 8).

Форсунка с боковым подводом топлива

Встроенная в топливный распределитель форсунка такого типа омывается топливом. Подвод топлива осуществляется сбоку. Топливный распределитель смонтирован непосредственно на впускном коллекторе. Форсунка крепится прижимом или крышкой топливного распределителя, в которой может располагаться также и штекер. Два уплотнительных кольца предотвращают утечку топлива. Наряду с хорошими характеристиками горячего пуска и работы за счёт охлаждения топлива, модуль, состоящий из топливного распределителя и форсунок отличается уменьшенной конструктивной высотой (рис. 9 и 10).[/p]

: Форсунки впрыска с верхним и боковым подводом топлива.; Screenshot_20.jpg (293.78 КБ) 26 просмотров

Смесеобразование

При выборе типа топливного дозирования учитывается требование наименьшего образования плёнки на стенках впускного канала при хорошей однородности топливовоздушной смеси, достигаемых посредством распыления топлива. Калиброванные распыливающие отверстия форсунок соответствуют этому требованию (рис. 11).
При кольцевом распылении часть клапанной иглы (штифт) выступает за корпус распылителя. Образующаяся при этом кольцевая щель и есть калиброванное распыливающее отверстие. Штифт имеет на своём нижнем конце шлифованную отрывную кромку, на которой топливо конусообразно распыляется.
Форсунки с однодырчатым распылителем имеют вместо штифта одну тонкую шайбу с распыляющим калиброванным отверстием, из которого подается тонкая топливная струя. При этом почти не создаётся плёнка на стенках впускного канала, но топливо мало распыляется. Форсунки впрыска с многодырчатым распылителем имеют также одну шайбу, которая при данном типе имеет несколько калиброванных отверстий. Они распределены так, что создают при распылении конусообразный факел, похожий на факел кольцевого распылителя, примерно с такой же интенсивностью распыла. Отверстия могут быть изготовлены так, что создаются два или более факелов. Таким образом, на двигателях с несколькими клапанами на цилиндр возможно более оптимальное разделение топлива на каждый впускной канал. Форсунки с обтеканием воздухом позволяют добиться дальнейшего улучшения смесеобразования (рис. 12).
С этой целью воздух из впускной трубы перед дроссельной заслонкой всасывается со звуковой скоростью через калиброванную щель прямо у шайбы распылителя. Благодаря молекулярному взаимодействию топлива и воздуха топливо очень мелко распыляется. Чтобы воздух всасывался через щель, необходим перепад давления во впускном трубопроводе на дроссельной заслонке. Поэтому впрыск с обтеканием воздухом действует в основном при частичных нагрузках двигателя.

: Форсунка впрыска с воздушным обтеканием.; Screenshot_21.jpg (91.4 КБ) 24 просмотра