3.1. Необходимость электронного управления двигателем

3.1.2. Экология бензиновых двигателей

На работу бензинового двигателя сильно влияет соотношение меаду массой воздуха и топлива в горючей смеси 37].

В идеальном случае при полном сжигании 1 кг (1 л) бензина в 14,7 кг (10 м) воздуха образуются [етоксичные вещества - вода и двуокись углерода. Соотношение между массой воздуха и топлива, равное 14,7:1, называется стехиометриче-ским. Качество ТВ-смеси определяется коэффициентом избытка воздуха X. который равен отношению фактического состава ТВ-смеси к ее стехиометрическому составу. Полное сгорание топлива в цилиндрах ДВС имеет место при X = \ . Но в силу ряда причин даже при стехиомегрическом составе ТВ-смеси сгорание осуществляется не полностью и образуются токсичные вещества. Сгорание богатой ТВ-смеси {Х< 1) приводит к появлению избыточного количества СО, Нт и СН. Бедные ТВ-смеси (Х= 1) сгорают с образованием NO, и приводят к пропускам восила.менения.

3.1.3. Каталитический газонейтрализатор

В каталитическо.м газонейтрализаторе происходят химические реакции, уменьшающие ко1щентрацию токсичных веществ в выхлопных газах:

2С0 + 0, 2С0,

2С2Н, + 7О2 4С0, + 6Н3О

2N0 + 2С0 N2 + 2СО2

В современных газонейтрализаторах в качестве катализаторов химических реакций используются благородные метаьлы, например платина. Для норматьной эксплуатации каташтического газонейтратизатора требуется поддержание стехиометрического состава ТВ-смеси с высокой точностью - менее 1%. В противном случае нейтрализатор постепенно деградирует. Такая точность дозировании без электронного управления недостижима. В исправно.м каталитическом нейтрализаторе до 90% токсичных веществ перерабатывается в нетоксичные.

3.1.4. Угол опережения зажигания

Неоптимальные значения угла опережения зажигания приводят к увеличению концентрации СН и N0, в вых,лопных газах. Точное задание угла опережения зажигания для всех режимов работы двигателя возможно только с помощью электронной системы управления [2.

3.1.5. Экология дизельных двигателей

В дизелях топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры и воспламеняется за счет разогрева сжимаемого воздуха. В дизелях X всегда больше единицы. При оптимальных значениях X = 1,1...1,2 в вых-лопных газах содержится минимальное количество сажи, СН и СО. На дизелях работают двухкомпонентные окислительные каталитические нейтрализаторы, преобразующие СН и СО в COj и Н2О. Применение трехкомнонентного каталитического нейтрализатора невозможно из-за избытка воздуха. На процесс сгорания топлива сильно влияет точность синхронизации его впрыска. Например, погрешность начала впрыска в Г оборота

3.2. Функции электронных систем управления бензиновым двигателем

3.2.1. Определение необходимого количества топлива

Масса подаваемого в двигатель топлива F/ связана с массой воздуха А/, и требуемым значением коэффициента избытка воздуха X соотношением 137]:

г --

14,7-

Масса воздуха может быть выражена через его объем Ау и плотность Ад.

= Л п-

П;ютность воздуха определяется по его давлению и температуре во впускно.м коллекторе с помощью соответствующих датчиков. В простейшем случае объем воздуха Аурм рассчитывается по числу оборотов двигателя в минуту N:

где D - объем двигателя, К - коэффициент использования объема, зависящий от оборотов.

Если в двигателе применяется рециркуляция выхлопных газов, их объем Ау,.;с,ц также учитывается:

Ау ~ \rPM vegr-

коленчатого ваш ведет к увеличению содержания в выхлопных газах N0, на 5% и СН на 15%.

Для уменьшения концентрации N0, на дизелях, как и на бензиновых двигателях, применяется система рециркуляции выхлопных газов.

3.1.6. Уменьшение потребления топлива

Экономия топлива в двигателях с электронным управлением достигается за счет его более точного дозирования во всех режимах работы и отключения подачи топлива, когда это допустимо, например, при торможении двигателем. Обеднение горючей ТВ-смеси с целью экономии топлива приводит к необходимости увс;ш-чивать угол опережения зажигания, т. к. бедная смесь горит .медленно, но при этом возрастает токсичность выхлопных газов.

Управление углом опережения зажигания осуществляется электрошюй автоматикой путем компро.мисса между количеством потребляемого топлива и содержанием токсичных веществ в выхчопных газах но сложным алгоритмам.

3.1.7. Диагностика

ЭБУ в фоновом рсжи.ме постоянно контролирует исправность подключе1П1Ых к компьютеру датчиков и исполнительных механизмов, а также исправность систем, выход из строя которых ведет к увеличению загрязнения окружающей среды (каталитический газонейтрализагор, система подачи топлива и т. д.) [4].

3.2. Функции электронных систем управления бензиновым двигателем

Объем Ау,.:с;я записит от положения юшпана системы рециркуляции выхлопных газов.

В датчиках расхода воздуха с измерительной заслонкой по отклонениям заслонки определяют непосредственно объем воздуха Ау. Объем выхлопных газов Ay,.:(;ii, если они подаются в камеру сгорания, системой рециркуляции учитывать не требуется. Для определения плотности воздуха во впускном коллекторе устанавливаются датчики температуры и давления.

В современных системах управления двигателями устанавливаются, как правило, датчики массового расхода воздуха.

Определив необходимую массу топлива /-д контроллер по известной производительности форсунок вычисляет для них базовые значения времени включения. Для того чтобы масса подаваемого через форсунки топлива зависела только от длительности их включения, в рампе форсунок относигельно впускного коллектора специальным регулятором поддерживается постоянное давление топлива.

Базовые значения длительности включения форсунок контроллер корректирует в зависимости от режима работы двигателя. Так реализуются компенсация изменений электромеханических характеристик форсунок при вариациях напряжения бортовой сети, коррекция по сигналу от датчика кислорода, обогащение топливной смеси при прогреве двигателя и т. д.

В двигателях с распределеппым впрыском в зависимости от сложности и совершенства системы управления подача топлива производится следующи.м образом:

все форсунки вюпочаются одновременно один раз за один оборот коленчатого вала;

форсунки включаюгся группами, например, парами для 4-цили1щрового дви[-ателя, один раз за 4 такта. Группы управляются раздельно;

форсунки управляются независимо, т. е. подача лонлива на соответствующем такте впуска ТВ-смеси в каждый ци.линдр регулируется индивидуально.

3.2.2. Управление по сигналу датчика кислорода

Сигнал с датчика кислорода поступает в ЭБУ двигателя, где сравнивается с опорным напряжением К = 0,45 В. Это напряжение находится примерно посередине между уровнями сигналов для обедненной и обогащеьпюй ТВ-смеси для ниркониевого датчика.

Когда сигнал с датчика кислорода превышает опоршт уровень, программное обеспечение ЭБУ двигате;1я определяет рабочую ТВ-смесь как обогащенную и ЭБУ начинает послепен)ю уменьшать длительность импульса отпирания форсунки. Датчик реагирует на изменение состава топливовоздушпой смеси с некогорой задержкой. Чем дольше датчик кислорода индицирует обогащенный состав ТВ-смеси, тем больше уменьшается л,лигельность импульса отпирания форсунок и тем беднее становится ТВ-смесь. В результате таких действий выходной сигнал датчика кислорода перейдет на уровень ниже опорного и ЭБУ зафиксирует обедненный состав смеси. Далее начнется тюстепенное увеличение длительности импульса отпирания форсунок и обогащение ТВ-смеси будет продолжаться до тех пор, пока датчик кислорода вновь не нереключится. Таким образом, состав ТВ-смеси постоянно колеблется между обедиетшгм и обогащенным состояния.ми даже при работе иснравного датчика кислорода при постоянной нагрузке двигателя (рис. 3.1). В данном случае имеет место релейная стабилизация при колебаниях по предельному никлу.