Motronic: описание рабочих режимов

[morskoj]

Пуск

Во время всего процесса пуска производится автономный расчёт количества впрыскиваемого топлива.
Для первых впрыскных импульсов производится дополнительное фазирование впрыскивания. Повышенное количество топлива, ориентируемое на температуру двигателя, служит для компенсации топливной пленки на стенках впускной трубы и компенсирует повышенную потребность двигателя в топливе во время его разгона.
Сразу же после первых оборотов двигателя (начало пуска) производится снижение пускового обогащения в зависимости от увеличения частоты вращения.
Угол опережения зажигания также подстраивается к процессу пуска. Он выбирается в зависимости от температуры и частоты вращения двигателя.

[morskoj]

Послепусковая фаза

Во время послепусковой фазы (фаза после окончания пуска) происходит последующее снижение подачи топлива в зависимости от температуры двигателя и времени после пуска. Угол опережения зажигания подстраивается к данному количеству топлива и соответствующему рабочему режиму. Послепусковая фаза плавно переходит в прогрев.

[morskoj]

Прогрев

В зависимости от конструкции двигателя и способа снижения токсичности отработавших газов фаза прогрева может протекать различно. Решающими факторами являются стабильное движение автомобиля, а также улучшение показателей расхода топлива и эмиссии отработавших газов.

Комбинация прогрева на бедных смесях и позднего зажигания повышает температуру отработавших газов. Другим способом достижения высокой температуры отработавших газов является прогрев на богатых смесях во взаимосвязи с подачей вторичного воздуха. При этом на короткое время после пуска производится добавление воздуха в систему выпуска отработавших газов за выпускным клапаном. Этот дополнительный воздух может подаваться например насосом вторичного воздуха. Избыток воздуха ведёт при достаточном уровне температуры к окислению CH и CO в системе выпуска отработавших газов ижелаемому повышению температуры отработавших газов (рис. 1).
Оба мероприятия ускоряют готовность катализатора к работе.
Помимо воздействия на угол зажигания и впрыск возможно повышение частоты вращения холостого хода путём специального упреждающего регулирования подачи воздуха для быстрого нагрева катализатора.
По достижении готовности катализатора к работе впрыск регулируется на α=1 и соответственно корректируется угол опережения зажигания.

Motronic: описание рабочих режимов Прогрев

Screenshot_45.jpg (94.94 КБ) 1390 просмотров

[morskoj]

Динамическая компенсация

Ускорение / замедление

Часть топлива впрыснутого во впускную трубу не попадает сразу же при очередном такте впуска в цилиндр, а остаётся жидкой плёнкой на стенках впускной трубы. Количество осаждённого топлива значительно растёт при увеличении нагрузки и времени впрыскивания.
Поэтому при открывании дроссельной заслонки часть топлива необходимо направить для образования плёнки. Чтобы предотвратить обеднение смеси во время ускорения, необходим впрыск дополнительного топлива. При уменьшении нагрузки это дополнительное топливо снова высвобождается. Поэтому при замедлении время впрыскивания должно быть короче, чтобы снизить подачу на соответствующее количество топлива. На рисунке 2 показано получающееся при это протекание времени впрыска.

Motronic: описание рабочих режимов Динамическая компенсация Ускорение / замедление

Screenshot_46.jpg (96.25 КБ) 1385 просмотров

Отключение подачи/возобновление

При движении на принудительном холостом ходу производится отключение подачи и тем самым уменьшение расхода топлива и эмиссии отработавших газов.
Перед отключением подачи необходимо сначала сдвинуть момент зажигания в сторону запаздывания, чтобы уменьшить скачок крутящего момента при переходе в режим принудительного холостого хода.
При достижении частоты вращения обратного включения, которая выше частоты вращения холостого хода, производится возобновление подачи. Частота вращения обратного включения запрограммирована в блоке управления в зависимости от различных параметров, как например: температура двигателя и динамика частоты вращения, чтобы предупредить провал частоты вращения двигателя во всех рабочих зонах.
При обратном включении на первых подачах учитывается дополнительное количество топлива, необходимое для образования плёнки на стенках впускной трубы. Регулировкой угла опережения зажигания поддерживается плавное нарастание крутящего момента при возобновлении подачи.

[morskoj]

Регулировка холостого хода

На холостом ходу расход топлива определяется в основном коэффициентом полезного действия и частотой вращения двигателя. Значительная часть расхода топлива автомобилей в плотном уличном движении приходится на данный рабочий режим, поэтому была бы желательной наименьшая частота вращения холостого хода. Но настройку холостого хода необходимо производить таким образом, чтобы частота вращения при всех условиях, таких как нагруженная бортовая сеть, включённый кондиционер, включённая передача автоматической коробки передач, рулевой усилитель и т.д. не вели бы к значительному провалу частоты вращения или остановке двигателя.

Регулирование частоты вращения холостого хода

Регулирование частоты вращения холостого хода должно установить равновесие между крутящим моментом двигателя и его нагрузкой и поддерживать частоту вращения постоянной. Нагрузка двигателя на холостом ходу состоит из различных моментов нагрузки, состоящих из моментов трения кривошипно-шатунного и клапанного механизмов, а также и вспомогательных агрегатов (например, насос системы водяного охлаждения). Эти внутренние моменты трения, уравновешивание которых производится системой регулирования холостого хода, медленно изменяются в течение срока службы двигателя, кроме того они существенно зависят от температуры.

К этим внутренним моментам трения прибавляются ещё и внешние нагрузки, как вышеупомянутые кондиционер и т. п. Эти внешние нагрузки подвергаются сильным колебаниям, т.к. часто производится отключение и включение агрегатов. Современные двигатели с пониженной массой маховика и увеличенным объёмом впускного тракта реагируют особенно чувствительно на такие изменения нагрузки.

Входные величины

Помимо сигнала датчика частоты вращения системе регулирования частоты вращения холостого хода необходима информация о положении дроссельной заслонки, чтобы определить условия холостого хода (нога снята с педали акселератора). Для предварительного управления по температуре производится учёт температуры двигателя. В зависимости от неё и заданной частоты вращения происходит расчёт воздушной массы, которая дополнительно корректируется при работе системы регулирования. Входные сигналы от кондиционера или автоматической передачи при их наличии служат для улучшения упреждающего регулирования и тем самым поддерживают систему регулирования частоты вращения холостого хода.

Исполнительные воздействия

Регулирование холостого хода имеет три возможности регулирования.

Регулирование подачей воздуха

Оправдавшее себя регулирование подачи воздуха через байпас у дроссельной заслонки или подворачивание самой заслонки за счёт перемещения упора или же прямого привода как в случае электронного регулирования мощности двигателя.
В случае байпасного регулятора байпас у дроссельной заслонки образуется с помощью воздушных шлангов (рис. 3). Более современными являются привалочные байпасные регуляторы, которые прифланцовываются прямо к дроссельному патрубку и регулируют обводной воздух.

Рис. 4: пример привалочного байпасного регулятора.
Недостатком байпасного регулятора является то, что он создаёт дополнительную утечку воздуха к утечке его через дроссельную заслонку. Если хорошо обкатанному двигателю на холостом ходу требуется меньше воздуха, чем его утечки, создаваемые дроссельной заслонкой и байпасным регулятором, то регулирование частоты вращения холостого хода произвести невозможно. При регулировании подачи воздуха за счёт перемещения дроссельной заслонки этот недостаток отсутствует. В случае дроссельного патрубка с регулятором холостого хода упор дроссельной заслонки перемещается электро-двигателем через редуктор (рис 5). У впускных трактов с большим объёмом регулирование замедленно влияет на частоту вращения холостого хода следствие инерции объёма воздуха.

Motronic: Регулирование подачей воздуха

Screenshot_47.jpg (195.57 КБ) 1384 просмотра

Регулирование углом опережения зажигания

Второй (имеющей значительно большее быстродействие) возможность является регулирование угла опережения зажигания. Через его зависимость от частоты вращения можно достигнуть того, что при снижении частоты вращения двигателя момент зажигания смещается в сторону опережения в следствие чего увеличивается крутящий момент.

Состав топливной смеси

Регулирование состава топливной смеси не имеет практического значения из-за строгих предписаний по эмиссии отработавших газов и ограниченных возможностей.

Дроссельная заслонка с электронным управлением

Screenshot_48.jpg (198.2 КБ) 1383 просмотра

[morskoj]

Лямбда-регулирование

Эффективным мероприятием для снижения токсичности отработавших газов является последующая их обработка в трехкомпонентном катализаторе. Он преобразует три вредных компонента отработавших газов CO, CH и NOx в H₂O и N₂.

Диапазон регулирования

Преобразование всех трёх вышеперечисленных компонентов отработавших газов может производиться только в очень узком так называемом Лямда-окне (α = 0,99...1), что достигается только Лямбда-регулированием.
Лямбда-зонд, находящийся в потоке отработавших газов перед катализатором, производит измерение содержания кислорода в отработавших газах.
При наличии бедной топливной смеси (α > 1) на Лямбда-зонде создаётся напряжение около 100мВ, а при обогащённой топливной смеси (α < 1) – 800мВ. При α = 1 напряжение перескакивает с одного уровня на другой (рис. 6). Блок управления вырабатывает из сигналов измерителя расхода воздуха и датчика частоты вращения двигателя сигнал впрыска. Для Лямбда-регулирования по сигналам Лямбда-зонда блок управления рассчитывает дополнительный коэффициент, при помощи которого можно производить корректировку времени вспрыска. На рис. 7 показана функциональная схема.

Функция

Лямбда-регулирование действует только при работающем Лямбда-зонде. Специальная схема постоянно устанавливает эту взаимосвязь.
При холодном зонде, при обрывах или же коротких замыканиях в проводке она даёт неправдоподобные величины. В большинстве случаев производится подогрев Лямбда-зонда, при этом он уже через 30 сек. работоспособен.
Для равномерного вращения холодному двигателю необходима обогащённая топливная смесь (α < 1). Поэтому Лямда-регулирование включается только после достижения двигателем определённого температурного порога.
При активном Лямбда-регулировании сигнал Лямбда-зонда в блоке управления преобразуется компаратором в двухпороговый сигнал.
Передаваемый сигнал (α > 1 – бедная смесь или же α < 1 – богатая смесь) заставляет последующий регулятор изменять свои установочные величины (скачком и последующим движением по наклонной). Время впрыска изменяется (увеличивается или уменьшается) и постоянным обменом данных устанавливается стабильное колебание регулировочного коэффициента. Длительность периода этого колебания определяется временем пробега газов, а амплитуда устанавливается наклонным участком так, что несмотря на различное время пробега газов, она остаётся постоянной в поле частот вращения и нагрузки.

Motronic: Лямбда-регулирование

Screenshot_49.jpg (221.08 КБ) 1382 просмотра

Лямбда-смещение

Оптимальный диапазон конверсии (преобразование) и скачка напряжения на зонде совмещаются неполностью. За счёт ассиметричного колебания регулятора можно сдвинуть состав смеси в оптимальную зону α = 1. Ассиметричность достигается либо с помощью задержки переключения коэффициента регулирования после скачка напряжения (от бедного к богатому) от зонда, либо с помощью несимметричного скачка. Такой случай имеет место, если скачок напряжения зонда от бедной к богатой смеси имеет другую высоту, чем скачок в обратном направлении.

Адаптация предваряющей уставки к Лямбда-регулированию

Лямда-регулирование производит корректировку времени очередного впрыска на основании предыдущего измерения на Лямбда-зонде. Это смещение во времени определяется временем пробега газов и его невозможно избежать. Поэтому при выходе на новый рабочий режим с неправильной предваряющей уставкой возникают отклонения от α = 1, пока регулирование не произведёт новую настройку. Поэтому для выдерживания пределов токсичности отработавших газов необходима предваряющая регулировка. Она определяется при калибровке двигателя и Лямбда-характеристика вводится в ПЗУ (только для считывания). В течение эксплуатационного срока автомобиля возможно появление отклонений, которые требуют другой предваряющей уставки. Ими являются, например, изменение плотности и качества топлива. Адаптация предваряющей регулировки опознаёт, что Лямбда-регулятор в определённом диапазоне частот вращения и нагрузок должен производить всегда одну и ту же корректировку. Выполнив коррекцию в этом диапазоне, регулятор записывает её в память (ОЗУ с подпиткой), которая снабжается током и при остановке двигателя. При последующем пуске можно начинать с предваряющей регулировки уже подвергнутой коррекции, прежде, чем произойдёт активирование Лямбда-регулятора. Прерывание питания фиксируется. В этом случае адаптация начинается с нейтральных значений.

Двухзондовое Лямбда-регулирование

Зонд, устанавливаемый за катализатором, лучше защищен от загрязнения отработавшими газами. Регулирование зондом за катализатором дополняет регулирование зондом перед катализатором, что гарантирует постоянный состав смеси в течение длительного времени (рис 7). Двойная регулировка изменяет ассиметричность стабильного колебания регулирования с зондом перед катализатором, и тем самым производит компенсацию Лямбда-смещения. Лямбда-регулирование лишь зондом, установленным за катализатором, была бы чересчур инертной из-за длительного времени пробега газов.

[morskoj]

Система улавливания паров топлива

Образование топливных паров

Топливо в топливном баке нагревается по следующим причинам:

• наружное влияние солнечных лучей

• избыточное топливо, возвратившееся обратно из топливной системы и нагретое в зоне двигателя.
  Вследствие этого происходит эмиссия углеводородов CH, которые испаряются в основном в топливном баке.

Ограничение эмиссии CH

Законодательством предписываются предельные величины испаряемых эмиссий. Специальные системы ограничивают эмиссию CH. Они оснащены резервуарами с активированным углем-адсорберами, куда вводится вентиляционный трубопровод топливного бака. Активированный уголь задерживает топливные пары и выпускает в окружающую среду только воздух. Дополнительно к этому производится уравновешивание давления. Для постоянной регенерации активированного угля проложена дополнительная трубка от адсорбера к впускной трубе.
При работающем двигателе в ней возникает разрежение, под влиянием которого происходит впуск воздуха из окружающей среды через активированный уголь во впускную трубу. Он увлекает скопившиеся бензиновые пары и подает их на впуск. В трубопроводе установлен клапан продувки адсорбера, который дозирует этот регенерующий или продувочный поток (рис. 8).

Регенерирующий поток

Регенерирующий поток является смесью топлива и воздуха, состав которой неизвестен, т.к. это может быть как свежий воздух так и обогащённый бензиновыми парами из адсорбера.
Поэтому для Лямбда-регулирования этот регенерирующий поток является значительной помехой. Если он составляет только 1% воздуха на впуске и состоит из свежего воздуха, то смесь становится на 1% беднее. Сильно насыщенный бензиновыми парами воздух обогащает смесь на 30%, потому что бензиновые пары влияют стехиометрическим фактором 14,7 на коэффициент избытка воздуха α. Кроме того удельная плотность паров топлива в два раза больше удельной плотности воздуха.

Motronic: Система улавливания паров топлива

Screenshot_50.jpg (104.8 КБ) 1374 просмотра

Клапан продувки адсорбера

Клапан управляется таким образом, чтобы производилась достаточная продувка адсорбера, а отклонения α были бы минимальными (рис 9).

Клапан продувки адсорбера принцип работы.

Screenshot_51.jpg (97.22 КБ) 1374 просмотра

Контрольная функция блока управления

Чтобы адаптация смеси могла работать независимо от влияния паров топливного бака, проводится регулярное закрывание клапана продувки адсорбера через определённые промежутки времени. Он открывается ступенчато. Возникающие при этом отклонения Лямбда-регулятора блок управления запоминает как корректировку смеси по продувке адсорбера. Эта функция рассчитана таким образом, что из регенерирующего потока может поступать до 40% топлива. При неактивированном Лямбда-регулировании допускаются только малые регенерирующие потоки, потому что при этом не могут быть скорректированы отклонения состава смеси. При отключении подачи топлива при движении на принудительном холостом ходу происходит мгновенное закрывание клапана продувки адсорбера, чтобы в катализатор не могли попасть несгоревшие пары бензина.

[morskoj]

Детонационное регулирование

Электронное управление моментом зажигания даёт возможность очень точно управлять углом опережения зажигания в зависимости от частоты вращения, нагрузки и температуры. Несмотря на это необходим надежный запас до предела детонации. Это нужно в связи с тем, чтобы и в случае склонности к детонации, имея ввиду допуски и старение двигателя, условия окружающей среды и качество топлива, ни один цилиндр не достигал бы или не уходил бы за предел детонации. Выбор параметров двигателя, исходя из этих соображений, ведёт к пониженной степени сжатия, поздним моментам зажигания и тем самым к ухудшению расхода топлива и крутящего момента.

Эти недостатки можно устранить с помощью детонационного регулирования. При этом, как показывает опыт, достигается повышение степени сжатия двигателя, а также существенное улучшение расхода топлива и крутящего момента. Предваряющая установка момента зажигания должна теперь подбираться не по самым неблагоприятным детонационным факторам, а наоборот по самым благоприятным (например, степень сжатия двигателя по нижнему допустимому пределу, лучшее качество топлива, не склонный к детонации цилиндр). Теперь каждый цилиндр двигателя может в течение всего срока службы работать почти на всех рабочих режимах у своего предела детонации, а тем самым с оптимальным коэффициентом полезного действия. Предпосылкой для такого выбора угла опережения зажигания является надёжное определение детонации начиная от её определённой интенсивности для каждого отдельного цилиндра во всем диапазоне режимов двигателя. Для распознавания детонации производится измерение характерных для неё колебаний одним или несколькими, установленными в подходящих для этого местах двигателя, приемниками звуковых колебаний в твердых телах, датчиками детонации, которые преобразуют детонацию в электронные сигналы и передают их в блок Motronic для дальнейшей обработки.
Там производится соответствующий алгоритмический расчёт для распознавания детонации в каждом цилиндре и для каждого сгорания.
Зарегистрированное детонационное сгорание у соответствующего цилиндра приведёт к смещению момента зажигания в сторону „позднее“ на запрограммированную величину. Если детонации больше нет, производится обратное ступенчатое смещение момента зажигания в сторону „раннее“ до величины предварительной настройки.
Алгоритм распознавания и регулирования детонации согласуются таким образом, чтобы не возникла слышимая и разрушающая двигатель детонация (рис 10).

Детонационное регулирование.

Screenshot_52.jpg (103.63 КБ) 1373 просмотра

Адаптация

На реальных рабочих режимах двигателя для отдельных цилиндров создаются различные пределы детонации, а тем самым и различные моменты зажигания. Для адаптации величин предварительной настройки момента зажигания на соответствующий предел детонации производится запоминание смещения момента зажигания индивидуально для каждого цилиндра в зависимости от рабочей точки.
Это запоминание производится в табличных характеристиках по нагрузке и частоте вращения в неразрушающемся ОЗУ. Благодаря этому двигатель может работать и при быстром изменении нагрузки и частоты вращения в каждой рабочей точке с оптимальным коэффициентом полезного действия и предотвращением слышимого детонационного сгорания.
Возможно даже использование топлива с низкой детонационной стойкостью. Обычно калибровка подразумевает использование бензина марки „Супер“. Допускается и работа на бензине „Нормаль“.

Детонационное регулирование у турбодвигателей

У двигателей с турбонаддувом от выхлопных газов комбинация регулирования давления наддува и детонации имеет особое преимущество. При возникновении детонации производится сначала смещение момента зажигания в сторону „позднее“ и только при значительном превышении порога опаздывающего смещения зажигания, который определяется температурой отработавших газов, производится снижение давления наддува как следующее мероприятие по снижению детонации. Таким образом турбодвигатель может работать с допустимой температурой отработавших газов с оптимальным коэффициентом полезного действия на пороге детонации.