Реферат: Электронные системы управления автомбилем

- q_ц по всем цилиндрам одновременно.

Для насосных секций ТНВД распределительного типа с механическим управлением значения φ_{опер.впр.} и q_ц обеспечиваются точностью изготовления деталей.

Рассмотрим некоторые виды наиболее распространенных СУ использующихся на современных автомобилях применительно к теме данного задания.

Топливные системы с кулачковым приводом впрыскивающих плунжеров.

Эти системы, в отличие от аккумуляторных, называемые по принятой классификации также системами непосредственного впрыска, базируются на использовании апробированных технических решениях и технологии производства ТПА. Использование электроники в дизелях V12 военных машин Rolls Royce началось с 1978 г., а для гражданской продукции фирмы R.Bosch, Lucas CAV, Stanadyne, Detroit Diesel Allison, Zexel освоили ТПА с электронным управлением с середины 80-х годов [2]. В простейшем случае от традиционной ТПА она может отличаться только заменой механического регулятора на электронный. В этом случае конструкция насосной секции может не иметь новых элементов. Такая ТПА на сегодня подготовлена к широкому использованию, но ввиду множества ограничений имеет меньшие возможности, чем, например, аккумуляторная. Среди подобных решений находим как наиболее простые (насос-форсунки дизелей ГАЗ-560, Volkswaqen), так и наиболее сложные (распределительные ТНВД VP-44, EPIC Lucas).

Наиболее простым и очевидным решением управления топливоподачей явилась разработка системы, где механический регулятор рядного ТНВД заменен электрическим, который управляет работой ТНВД с помощью электромагнитного или электрогидравлического привода, получающего сигналы из ЭБУ. Пример такого ТНВД представлен на рис. 1 — это рядный ТНВД PR 39 фирмы R. Bosch с электронным регулированием подачи и УОВ [1].

Схема электронного управления дизелем с наддувом грузового автомобиля Mercedes-Benz OM442LA с рядным ТНВД представлена на рис. 2 . Каналы управления насосом — по цикловой подаче УОВ. Электронный блок управления осуществляет оптимальное в рамках возможностей данной ТПА управление рабочим процессом дизеля с использованием сигналов ТНВД, автомобиля, дизеля коробки перемены передач (КПП) и механизма отбора мощности на внешние агрегаты. Датчик подъема иглы форсунки может отсутствовать. С использованием сигналов датчиков температуры и давления воздуха рассчитывается расход и коэффициент избытка воздуха. Это позволяет предотвратить дымление на рабочих режимах дизеля, включая работу на высоте до 4000 м над уровнем моря при минимальной потере мощности. Отключение подачи на режиме принудительного обеспечивает торможение автомобиля двигателем. Для особых условий движения, например, обгона, СУ допускает кратковременное нарушение ограничений по частоте и цикловой подаче. Она снабжена функциями самодиагностики, сигналы о неисправностях подаются на приборный щиток и запоминаются.

Известны и другие технические решения, реализованные в опытной ТПА. Так, управление рейкой цикловой подачи с помощью быстродействующего электропривода АО «Рыбинские моторы» для 4-секционного ТНВД АО «ЯЗТА», позволяет подавать в каждый цилиндр свою цикловую подачу в соответствии с особенностями его работы. Единая рейка переставляется за цикл работы дизеля 4 раза. Нидерландской фирмой Ship-und Industrial Enqineerinq разработано, а английской фирмой Bryce, входящей в группу Lucas Industries, выпускается ТПА с номинальными цикловыми подачами 3,3…17 г. Такие ТНВД для главных судовых дизелей сохранили рейку управление подачей, но снабжены электроклапаном слива топлива из надигольной полости в начале и конце подачи для регулирования УОВ. Этот принцип регулирования подробно рассмотрен ниже для насос-форсунок.

Использовать традиционный Т НВД с электронным регулированием УОВ позволяет ТПА по схеме проф. Н.Н. Патрахальцева. Дополнительный гибкий клапан, открываемый электромагнитным приводом, установлен у форсунки своим выходом в сторону нагнетательного трубопровода. В начале подачи он открыт за счет питания электромагнита, а подаваемое топливо стравливается на слив. В задаваемый электронным блоком момент питание электромагнита прекращается и под действием пружины и спутного потока топлива клапан закрывается. Так может изменятся УОВ. Дополнительное качество ТПА — гидроудар при «захлопывании» клапана, т.е. повышение давления впрыска в начале подачи.

Еще одна российская разработка — ТПА АОА «Ногинский завод топливной аппаратуры» с ТНВД с электроуправляемым дросселированием на всасывании в надплунжерную полость в период ее наполнения. Изменяя время открытого состояния низконапорного электроклапана, дросселирующего впускное окно втулки плунжера, изменяется наполнение полости. Реальное повышение давления и начало подачи будет определяться моментом окончания сжатия газопаровой фазы, т.е. количеством попавшего в полость топлива. Как и в предыдущем случае, цикловая подача обеспечивается соответствующей подстройкой рейкой подачи. Также обеспечивается возможность повышения давления впрыска, но требуется увеличение запаса ТНВД по производительности.

Дальнейшее развитие ТНВД с Электронным управлением подачей и УОВ, видимо, идет по другому пути — использованию ТНВД с одним электроуправляемым стравливающим клапаном.

Основными недостатками данных систем являются невозможность обеспечить нагнетание топлива только с использованием «полочки» на вершине диаграммы скорости. Тогда при изменении УОВ изменяется средняя скорость плунжера в период нагнетания и закон ее изменения по времени. Как следствие — изменение давления и характеристики впрыска в весьма широком поле допуска при изменении УОВ. Обеспечить оптимальное изменение опережения давления и характеристики впрыска по режимам работы дизеля при их жесткой взаимосвязи принципиально не возможно, но возможно нахождение некоторых компромиссов.

ТПА с распределительными насосами .

Одноплунжерные ТНВД с приводом от торцевой кулачковой шайбы типа VE начали производиться фирмой R.Bosch с 1976 г.

ТНВД VE служат для обслуживания дизелей с числом цилиндров 2,4,6 цилиндровой мощностью до 25 кВт, частотой до 5000 мин ^{– 1} , цикловой подачей до 100 мм³ , давлением нагнетания до 100 МПа. Возможная комплектация: диаметр плунжера 8…12 мм, ход — 1,5…4 мм .В отличие от механического управления такими ТНВД электронное управление в ТНВД VE осуществляется более просто ввиду наличия встроенного автомата УОВ и меньших перестановочных усилий (рис. 3 ).

Электронная СУ ТПА с насосом VE изображена на рис. 4 . Педаль акселератора водителя является лишь одним из датчиков СУ. Она, по существу является уже СУ двигателя, регулируя давление наддува, рециркуляцию ОГ (заслонкой перепуска), ускоритель пуска и прогрева, также уменьшающего шум на малых нагрузках (заслонкой на впуске). В более современных системах появились датчики температуры и давления атмосферного и наддувочного воздуха, скорости автомобиля, органов управления сцеплением и тормозами. Некоторые датчики перемещены в ТНВД. Электронное управление используется в ТНВД VE фирмы Isuzu, Zexel, Nippon Denso.

К недостаткам данного ТНВД можно отнести ограниченность его применения ввиду их ограниченности по напряжениям в сложном кулачковом приводе в условиях постоянно растущих давлений впрыска. Согласно схеме рис. 4 , форсунка первого цилиндра имеет датчик подъема иглы для образования обратной связи по УОВ. Такой контроль УОВ более точен, чем с помощью датчика положения сервопоршня системы регулирования УОВ. Для дизелей конца 90-х годов с открытой камерой сгорания и частотой вращения 4000…4500 мин^–1 фирма R. Boschm выпускает двухпружинные форсунки. Они призваны обеспечить ступенчатость переднего фронта характеристики впрыска. Однако попытки обеспечить ступенчатость характеристики впрыска в целях снижения выбросов NO_x , как показывают результаты расчетов подачи, не удаётся: ступенчатость исчезает при больших нагрузках и при n>3000 мин^–1 , т.е. тогда, когда существенны выбросы NO_x , см., например рис.5 . При значительном повышении давления усиливаются негативные качества форсунки, а эффект ступенчатости всё равно неустойчив, поэтому такие задачи сейчас не ставят. К негативным свойствам форсунки относятся потери напора в запорном конусе и усиление зависимости режимов работы дизеля от давления впрыска.

Реальным достоинством работы форсунки является значительное снижение шумности работы дизеля на холостом ходу и малых нагрузках.

Наиболее современным вариантом распределительных насосов фирмы R. Bosch является модель VP– 44 . Она использована на последних моделях дизелей Opel–Ecotec и Audi V6­– TDI. При n=4200 мин^–1 давление нагнетания в ТНВД достигает 100 МПа, а давление в форсунках — 130…150 МПа и даже 180 МПа. При n=1000 мин^–1 обе величины давления близки к 50 МПа. Схема ТС с этим ТНВД представлена на рис.6 . Особенностью ТПА является схема её управления, включенная в СУ дизелем. Электронный блок состоит из двух блоков, в частности оконечные каскады питания электромагнитов располагаются на корпусе ТНВД. Форсунка в отличие от рис.6 в обоих дизелях располагается соосно цилиндру дизеля, а в первом цилиндре снабжена датчиком подъёма иглы.

Появление роторного распределительного ТНВД обусловлено тенденцией повышения давления впрыска и ограниченности нагрузок в приводе ТНВД VE.

Фирмой Lucas CAV выпускаются ТС EPIC-70 и EPIC-80 (Eltctronical Proqrammed Injection Control) с роторными ТНВД. Цифры 70 и 80 указывают диаметр кулачной шайбы в мм. ТНВД EPIC-80 обеспечивает давление впрыска до 95 МПа [9, 10].

На рис.7 представлены датчики и исполнительные устройства системы (положения клапана рециркуляции, встроенные в ТНВД датчики положения регулирующих элементов подачи и УОВ, температуры топлива, частоты вала ТНВД, датчик скорости автомобиля (коробки передач), может использоваться датчик хода иглы. Датчики температур — типа NTC, их сопротивление уменьшается примерно вдвое при повышении температуры на каждые 20º.

Насосы EPIC имеют запатентованный фирмой Lucas способ регулирования q_ц изменением холостого хода плунжеров. Здесь сам ротор является поршневым сервомотором, а давление рабочей жидкости в сервомоторе зависит от длитель-

ности импульсов ЭБУ на открытие клапана подачи и клапана стравливания рабочей жидкости (топлива). Сигналы на перемещение ротора ЭБУ подает только между впрысками.

ТС EPIC осуществляет корректирование величины q_ц в зависимости от температуры топлива по сигналам датчика, через ЭБУ.

Механизм регулирования величины φ_{опер.впр.} аналогичен установленному в насосе Bosch, но дополнительно имеется датчик Холла положения сервопоршня исполнительного устройства.

Достоинства системы EPIC: при выходе из строя датчика частоты вала его сигнал замещается сигналом хода иглы, обеспечивает уже при пусковой частоте коленвала 180 мин^–1 давление подкачки 0,3 МПа, а при высоких частотах — 0,8…0,9 МПа, оригинальное решение механизма регулирования цикловой подачи (принципом изменения полного хода плунжеров). На холостом ходу система EPIC обеспечивает индивидуальную подачу по всем цилиндрам. В то же время переход от минимальной подачи к максимальной искусственно демпфируется не период до 0,1 с. Датчик положения коленвала позволяет оперативно диагностировать вырабатываемую каждым цилиндром мощность и корректировать цикловую подачу, добиваясь баланса мощности по цилиндрам.

Особенности: обслуживание ТПА EPIC без специальных приборов и информации невозможно; индивидуальные данные каждой системы регистрируются при изготовлении и заносятся в ЭБУ.