Управление частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу. Устройства управления подачей воздуха во впускную систему двигателя

В эксплуатации при работе двигателя на холостом ходу вследствие непостоянного уровня механических потерь и других индивидуальных особенностей различных компонентов для поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала требуется изменять расход поступающего в двигатель воздуха. Кроме того, при пуске и прогреве холодного двигателя необходимо поддерживать повышенную частоту вращения коленчатого вала, что также требует управления количеством поступающего в двигатель воздуха. Эта необходимая и имеющаяся в каждой современной системе управления двигателем функция выполняется либо так называемыми регуляторами холостого хода, изменяющими проходное сечение байпасных каналов дроссельного узла, либо при помощи электропривода дроссельной заслонки, изменяющего в необходимых пределах угол ее открытия. В обоих случаях блоком управления двигателем формируются управляющие воздействия на электроприводы указанных устройств. Величина указанных управляющих воздействий рассчитывается блоком управления с учетом ряда факторов, в числе которых следует назвать температуру охлаждающей жидкости, величину механической нагрузки со стороны привода гидроусилителя рулевого управления или компрессора кондиционера, а также величину электрической нагрузки со стороны мощных потребителей, таких как обогреватели стекол, вентилятор климатической установки и др.

Следует отметить, что значение частоты вращения коленчатого вала двигателя при работе двигателя на хостом ходу не является постоянной даже при стабильных величинах внешних воздействий, испытывая хаотичные колебания вследствие нестабильности условий протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя. Величина самопроизвольных колебаний частоты вращения на холостом ходу может составлять до 3 и более % от ее номинального значения. Поэтому в алгоритме управления частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу эта величина используется в качестве коридора нечувствительности, в пределах которого нет необходимости осуществлять какие-либо управляющие воздействия на органы регулирования подачи воздуха в двигатель. Управление начинается при выходе частоты вращения коленчатого вала за границы коридора нечувствительности. Вследствие значительного момента инерции вращающихся деталей двигателя нет необходимости вычислять и осуществлять управляющее воздействие с частотой более 10-20 Гц. Расчет величины управляющего воздействия на исполнительное устройство регулятора холостого хода может производиться по сравнительно простой зависимости, в которую включены пропорциональное и дифференциальное звенья: F_i = F_i-1 - к₁Д_ni - к₂ (Д_ni - Д_{ni -1}),

где:

F_i - текущая величина управляющего воздействия на регулятор холостого хода;

F_i-1- величина управляющего воздействия на регулятор холостого хода в предыдущем цикле управления;

к₁ - пропорциональный коэффициент регулятора холостого хода;

к₂ - дифференциальный коэффициент регулятора холостого хода;

Д_ni - текущая разность между действительной частотой вращения и границей коридора нечувствительности для заданной частоты вращения;

Д_ni-1 - разность между действительной частотой вращения и границей коридора нечувствительности для заданной частоты вращения в предыдущем цикле управления.

Физический смысл данной зависимости заключается в том, что при управлении регулятором холостого хода первая из двух ее составляющих обеспечивает быструю реакцию на текущее рассогласование текущей и заданной частоты вращения коленчатого вала. При этом вторая составляющая этой зависимости позволяет оценить характер изменения частоты вращения коленчатого вала по сравнению с ее предыдущим значением, измеренным в предшествующем цикле управления. Если к настоящему моменту времени рассогласование увеличилось, на регулятор холостого хода поступает дополнительное управляющее воздействие, направленное на устранение этого рассогласования. Если к настоящему моменту времени рассогласование уменьшилось, управляющее воздействие на регулятор холостого хода уменьшается, предотвращая перерегулирование и связанное с ним последующее возникновение колебаний.

В качестве исполнительных устройств при управлении частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу в прошлом широко использовались электромагнитные линейные (с поступательным перемещением запорного органа) и роторные (с поворотным запорным органом) регуляторы. Линейные регуляторы холостого хода имеют одну обмотку с возвратной пружиной, роторные – одну обмотку с возвратной пружиной или две обмотки без пружины (для аварийного позиционирования запорного органа регулятора используется постоянный магнит). Широкое распространение имели также регуляторы холостого хода на основе шаговых электродвигателей, имеющих несколько секций обмоток, коммутируемых блоком управления в определенной последовательности с целью обеспечения поворота ротора такого двигателя на заданный угол. Передача усилия от ротора шагового электродвигателя на запорный орган производится через винтовую пару.

На современных автомобилях управление частотой вращения коленчатого вала на хостом ходу, а также управление величиной крутящего момента двигателя производится при помощи электропривода дроссельной заслонки. В основу конструкции такого устройства положено использование коллекторного электродвигателя постоянного тока, связанного с дроссельной заслонкой через многоступенчатую зубчатую передачу. Управление указанным электродвигателем производится при помощи широтно-модулированного импульсного сигнала (ШИМ) изменяемой полярности. В случае поддержания постоянного положения дроссельной заслонки, электродвигатель устройства работает в пусковом режиме, при неподвижном якоре. С целью точного позиционирования дроссельной заслонки по сигналу датчика положения педали акселератора, устройство электропривода дроссельной заслонки оснащено двумя (основным и резервным) датчикам положения дроссельной заслонки, служащими для осуществления обратной связи по ее положению.

В случае выхода из строя системы управления электроприводом дроссельной заслонки, имеющиеся в конструкции дроссельного узла возвратная и приоткрывающая пружина устанавливают дроссельную заслонку в положение небольшого приоткрытия (5-7%), обеспечивая возможность пуска двигателя, его прогрева, работы на холостом ходу с повышенной частотой вращения коленчатого вала и движения автомобиля с минимальной скоростью в аварийном режиме.