kitayteka.ru

Определение нагрузки на двигатель

Одной из основных величин для расчёта цикловой подачи топлива и угла опережения зажигания является нагрузка двигателя (регистрация нагрузки). Для определения нагрузки двигателя в системе Motornic используются следующие чувствительные элементы:

• датчик количества воздуха

• нитевой датчик массового расхода воздуха

• пленочный датчик массового расхода воздуха

• датчик давления во впускной трубе и

• датчик положения дроссельной заслонки.

Датчик положения дроссельной заслонки употребляется в системе Motoric преимущественно в качестве вспомогательного датчика нагрузки дополнительно к названным выше. Иногда он употребляется и в качестве основного датчика.

Датчик количества воздуха

Датчик установлен между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой и производит измерение объёма воздуха [м³/ч], поступающего в двигатель. Проходящий поток воздуха отклоняет подпорную заслонку против постоянной силы возвратной пружины. Угловое положение подпорной заслонки замеряется потенциометром. Напряжение с него передаётся на блок управления, где производится его сравнение с питающим напряжением потенциометра. Это отношение напряжений является мерой для поступающего в двигатель объёма воздуха. Определение отношений сопротивлений в блоке управления исключает влияние износа и температурные характеристики потенциометра на точность (рис 1). Чтобы пульсации проходящего воздуха не вели к колебательным движениям подпорной заслонки, она стабилизируется противовесной заслонкой и стабилизирующим объёмом. С целью учёта изменения плотности поступающего воздуха при изменении температуры датчик расхода оснащён температурным датчиком, сопротивление которого, меняясь с изменением температуры, служит для расчета коррекции. Датчик количества воздуха является составной частью большого количества систем Motoric и L-Jetronic, выпускаемых серийно. Описанные ниже чувствительные элементы уже употребляются в настоящее время и заменят датчик расхода с подпорной заслонкой в перспективных системах.

Датчик массового расхода воздуха

В случаях нитевого и пленочного датчиков массового расхода воздуха речь идёт о термических датчиках.
Они устанавливаются между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой и измеряют массу воздуха, поступающего в двигатель (кг/ч).
Принцип действия обоих датчиков одинаков. В потоке поступающего воздуха находится электрически нагреваемое тело, которое охлаждается воздушным потоком.
Схема регулирования нагревательного тока рассчитана таким образом, что всегда имеется положительная разность температуры тела относительно проходящего воздуха. В данном случае ток нагрева является мерой для массы воздушного потока.
При данном методе измерения производится учёт плотности воздуха, так как она также определяет величину теплоотдачи от тела к воздуху.

Нитевой датчик массового расхода воздуха

У данного измерителя воздушной массы нагревательным элементом является платиновая нить толщиной 70 мкм. Для компенсации температуры поступающего воздуха производится её измерение интегрированным в измеритель температурным датчиком.
Регулировочная схема состоит в основном из мостовой схемы и усилителя. Нагреваемая нить и температурный датчик являются составными частями мостовой схемы и выполняют функции зависящих от температуры резисторов (рис. 2 – 4).
Ток нагрева образует на прецизионном резисторе пропорциональный массовому потоку воздуха сигнал напряжения, который передаётся к блоку управления. С целью предупреждения дрейфа за счёт отложения загрязнений на платиновой нити после отключения двигателя нагревательная нить в течении одной секунды нагревается до температуры ведущей к испарению или осыпанию отложений и тем самым очистке нити.

Пленочный датчик массового расхода воздуха

У такого датчика нагреваемым элементом является пленочный платиновый резистор (нагреватель), который находится вместе с другими элементами мостовой схемы на керамической пластине.

Температура нагреваемого элемента измеряется зависящим от температуры резистором (поточный датчик), который включен в мостовую схему. Раздельное исполнение нагревательного элемента и поточного датчика является преимуществом регулировочной схемы. Нагреваемый элемент и датчик температуры воздуха термически разделены пазами. Вся схема регулировки находится на подложке. Напряжение на нагреваемом элементе является мерой для массы воздушного потока. Это напряжение преобразовывается электронной схемой измерителя в напряжение совместимое с блоком управления (рис. 5 – 7). Стабильность точности измерений сохраняется без прожига. В связи с тем, что засорение происходит в основном на передней кромке датчика, установка основных элементов произведена по ходу потока на керамической подложке. К тому же элементы распределены так, чтобы отложение засорений не оказывало бы влияния на датчик.

Датчик давления в коллекторе MAP

Датчик давления в коллекторе пневматически соединён с последней и замеряет абсолютное давление в впускном коллекторе двигателя[кПа].
Он изготавливается в виде встраиваемого элемента для блока управления или же как отдельный датчик, который устанавливается вблизи или на самой впускной трубе. При применении встроенного датчика соединение с впускной трубой производится шлангом. Датчик состоит из пневматической секции с двумя чувствительными элементами и схемы обработки сигнала, установленных на общей керамической подложке (рис. 8). Датчик состоит из колоколообразной толстопленочной мембраны, которая образует камеру с образцовым внутренним давлением. В зависимости от давления в коллекторе мембрана прогибается на определенную глубину. На мембране установлены пьезорезисторы, проводимость которых меняется от механического напряжения.
Резисторы включены по мостовой схеме, так что смещение мембраны вызывает изменение баланса моста. Таким образом напряжение моста является мерой давления во впускной трубе (рис. 9).
Назначением блока обработки является увеличение напряжения моста, компенсация температурного влияния и линеаризация характеристики давления. Выходной сигнал блока передаётся на блок управления.

Датчик положения дроссельной заслонки

Определение частоты вращения, положение коленчатого и распределительного валов

Положение поршня в цилиндре является определяющим для определения момента зажигания. Поршни всех цилиндров соединяются с коленчатым валом шатунами. Датчик на коленчатом валу выдаёт информацию о положении поршней всех цилиндров.
Скорость, с которой происходит изменение положения коленчатого вала, называется частотой вращения и определяется количеством оборотов коленчатого вала в минуту. Эта важная для системы Motronic входная величина также рассчитывается исходя из сигнала о положении вала. Несмотря на то, что датчик даёт сигнал о положении коленчатого вала, на основании которого блок управления рассчитывает частоту вращения, вошло в привычку называть его датчиком частоты вращения.

Сигнал положения коленчатого вала

Расчёт положения коленчатого вала

Боковые фронты прямоугольного напряжения передаются через вход прерываний на процессор. Если актуальный период прохождения фронтов в два раза больше как предыдущего так и последующего, то происходит распознавание опорного промежутка в зубьях. Он сопряжен с определенным положением коленчатого вала цилиндра 1. Процессор производит в данный момент синхронизацию положения коленчатого вала. При каждом последующем положительном или отрицательном фронте от боковых кромок зубьев процессор производит дальнейший отсчёт положения коленчатого вала на три градуса. Подача сигнала зажигания должна производиться с меньшими шагами. Период между двумя боковыми кромками зубьев разделяется поэтому на четыре отрезка. К каждой боковой кромке зуба можно привязать один, два или три таких отрезка времени (благодаря этому можно производить выдачу сигнала зажигания с шагом 0,75 градуса).

Расчёт сегментного интервала и частоты вращения по сигналу датчика

Цилиндры четырёхтактного двигателя имеют такое смещение, что после двух оборотов коленчатого вала (720°градусов) 1 цилиндр может вновь начинать рабочий цикл. Это смещение составляет средний промежуток между вспышками, длительность которого называется сегментным интервалом Ts При равномерном распределении данного смещения это означает:

В течение сегментного интервала производится новый расчёт параметров зажигания и вспрыска. Частота вращения определяет среднее число оборотов коленчатого вала за сегментный интервал и является обратно пропорциональной ему величиной.

Положение распределительного вала

Распределительный вал управляет впускными и выпускными клапанами двигателя. Частота его вращения в два раза ниже, чем частота вращения коленчатого вала.
При движении поршня в верхнюю мёртвую точку распределительный вал определяет по положению впускных и выпускных клапанов, находится ли поршень в такте сжатия с последующим зажиганием или же в такте выпуска газов. Эту информацию, исходя из положения коленчатого вала, получить невозможно. Если система зажигания имеет высоковольтный распределитель, который механически связан с распределительным валом, то ротор распределителя определяет нужный цилиндр и информация о положении распределительного вала для выдачи сигнала зажигания блоку управления не нужна.
В противоположность динамическому распределению высокого напряжения системы Motronic со статическим распределением и индивидуальными катушками зажигания требуют дополнительную информацию. Дело в том, что блок управления должен принимать решение о том, какая катушка и сопряженная с ней свеча зажигания должны срабатывать, для чего ему нужна информация о положении распределительного вала. Также, если реализуется индивидуальная установка момента вспрыскивания для каждого цилиндра, что имеет место при последовательном вспрыске, информация о положении распределительного вала необходима.

Сигнал датчика Холла

Обычно положение распредела определяется датчиком Холла. Устройство распознавания положения распределительного вала состоит из элемента Холла, через полупроводниковые пластинки которого проходит ток. Этот элемент управляется шторкой, которая вращается вместе с распределительным валом. Она состоит из ферромагнитного материала и при прохождении возбуждает на элементе Холла напряжение вертикально направлению тока (рис. 13).

Расчёт положения распределительного вала

Напряжение с датчика Холла имеет порядок милливольт, поэтому датчик формирует сигнал и передаёт его в блок управления в виде двоичного сигнала. В простейшем случае процессор проверяет наличие напряжения с датчика Холла и тем самым положение 1 цилиндра в рабочем такте в момент прохождения опорного промежутка зубчатого диска. Специальные формы шторок позволяют использовать сигнал положения распределительного вала в качестве аварийного при повреждении датчика частоты вращения. Разрешающая способность сигнала положения распределительного вала является недостаточной для его применения вместо датчика частоты вращения в нормальном режиме.

Состав смеси

Коэффициент избытка воздуха α

Коэффициент избытка воздуха (α) измеряется Лямбда-зондом. α является единицей измерения состава топливной смеси. При α=1катализатор работает оптимально.

Лямбда-зонд

Наружная поверхность электрода Лямбда-зонда находится в потоке отработавших газов, а внутренняя сторона соприкасается с наружным воздухом (рис. 14). Зонд состоит в основном из элемента из специальной керамики, внешние поверхности которого оснащены газопроницаемыми платиновыми электродами. Действие зонда основывается на том, что керамический материал является пористым и допускает диффузию кислорода воздуха (твёрдый электролит). При высокой температуре керамика становится проводником электричества. Если содержание кислорода на обеих сторонах электродов различно, на них возникает электрическое напряжение. При стехиометрическом составе топливовоздушной смеси α = 1 образуется скачкообразная функция (рис. 15). Напряжение и внутреннее сопротивление зонда зависят от температуры. Надёжный регулировочный режим работы возможен при температуре отработавших газов выше 350 °C (зонд без подогрева) или же выше 200 °C (зонд с подогревом).

Лямбда-зонд с подогревом

Конструкция Лямбда-зонда с подогревом (рис. 16) соответствует в основном конструкции без подогрева. Активный керамический элемент зонда нагревается изнутри керамическим нагревательным элементом так, чтобы даже при невысокой температуре отработавших газов температура керамического элемента была достаточно высокой для выполнения его функций. Подогреваемый зонд оснащён предохранительным колпачком с малыми отверстиями; таким образом предотвращается остывание керамического элемента при холодных отработавших газах.

Нагрев зонда позволяет сократить время от пуска двигателя до включения регулирования и гарантирует надёжный регулирующий режим работы и при холодных отработавших газах (например: холостой ход). Нагреваемые зонды имеют укороченное время отклика, что положительно сказывается на скорости регулирования. Такие зонды имеют более гибкие возможности конструктивного размещения.

Детонационное сгорание

В двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием при определённых условиях могут возникнуть аномальные „звенящие“ процессы сгорания, которые ограничивают повышение мощности и коэффициента полезного действия. Этот нежелательный процесс сгорания называется детонацией и является следствием самовоспламенения ещё неохваченной пламенем свежей смеси.

Нормально начавшееся сгорание и сжатие смеси поршнем обуславливают повышение давления и температуры, которые вызывают самовоспламенение оставшихся газов (ещё несгоревшей смеси). При этом скорость распространения пламени может быть выше 2000 м/сек, в то время как скорость нормального сгорания составляет около 30 м/сек.
При этом ударном сгорании в оставшихся газах создаётся высокое давление. Его волна при распространении давит на стенки камеры сгорания.
При длительной детонации повышенное давление и термическая нагрузка могут привести к механическим повреждениям прокладки головки цилиндров, поршня и головки в зоне клапанов. Характерные колебания детонационного сгорания регистрируются датчиками, преобразуются в электрические сигналы и передаются в систему Motronic (рис. 17 и 18).
Необходимо тщательно определить количество детонационных датчиков и их расположение, чтобы гарантировать надёжное определение детонации для всех цилиндров и рабочих режимов двигателя, особенно при высоких оборотах и нагрузках. Обычно 4-цилиндровые рядные двигатели оснащены одним датчиком детонации, 6-цилиндровые двумя, 8- и 12-цилиндровые двумя и более (рис 19).

Температура двигателя и воздуха на впуске

Напряжение аккумуляторной батареи

Время срабатывания и отпускания электромагнитной форсунки зависит от напряжения батареи. Если во время эксплуатации возникают колебания напряжения бортовой сети, то электронный блок управления корректирует происходящее из-за этого замедление срабатывания форсунки посредством изменения времени впрыска. При низком напряжении батареи необходимо также продлить время замкнутого состояния цепи зажигания, чтобы катушка зажигания могла накопить достаточно энергии для искрообразования.