Электронные системы впрыска Мотроник

Производительность современных микропроцессоров позволяет осущест­влять управление функциями впрыска топлива и зажигания посредством еди­ного электронного устройства (блока управления), благодаря этому снижается стоимость аппара­туры и, кроме того, используется общий источник питания. Реализовать эту рациональную идею стало возможно, т.к. многие из входных сигналов при­годны для регулирования как впрыска, так и зажигания. Использование еди­ного электронного устройства повышает надежность системы управления двигателем и позволяет уменьшить затраты на сборку. На практике это озна­чает отказ от механического и пневматического регулирования опережения зажигания. Вместо него используется бесконтактная, полностью электронная, управляемая микропроцессором система зажигания, которая функционирует на основе информации, поступающей от индукционного датчика частоты вращения и углового положения коленчатого вала. Микропроцессор элек­тронного блока управления преобразует поступающую информацию в так на­зываемые параметрические поверхности (трехмерные графические характери­стики), которые учитывают действия водителя и нагрузку на двигатель.

Для реализации возможно большего числа функций управления требу­ется разнообразная входная информация. Одна из разновидностей электронной система управле­ния, представлена на рис. 9

Рис.9 Схема системы впрыска Мотроник:

1 - реле зажигания; 2 - центральный переключатель; 3 - аккумуляторная батарея; 4 - нейтрализатор ОГ; 5 - датчик кис­лорода; 6 - воздушный фильтр; 7 - датчик массового расхода воздуха; 8 - колодка диагностики; 9 - регулятор холостого хода; 10 - датчик положения дроссельной за­слонки; 11 - дроссельный патрубок; 12 - модуль зажигания; 13 - датчик фаз; 14 - форсунка; 15 - регулятор давления топлива; 16 - датчик температуры ОЖ; 17 - свеча; 18 - датчик положения коленчатого вала; 19 - датчик детонации; 20 - топлив­ный фильтр; 21 - контроллер; 22 - датчик скорости; 23 - топливный насос; 24 - реле включения топливного насоса; 25 - бензобак.

В систему впрыска Мотроник могут поступать следующие данные:

· включено или выключено зажигание;

· положение распределительного вала;

· частота вращения коленчатого вала;

· скорость движения автомобиля;

· диапазон изменения передаточного отношения (в случае наличия ав­томатической трансмиссии);

· номер включенной передачи;

· информация о включении кондиционера и т. п.;

· напряжение аккумуляторной батареи;

· температура воздуха на впуске;

· расход воздуха;

· угловое положение дроссельной заслонки;

· напряжение сигнала кислородного датчика;

· сигнал датчика детонации.

Входные каскады электронного блока управления осуществляют подго­товку поступивших от датчиков сигналов, характеризующих режимные па­раметры, микропроцессор обрабатывает эти данные, определяет рабочий режим двигателя и производит расчет параметров необходимых управляю­щих сигналов, которые передаются на выходные каскады усиления, а затем поступают к исполнительным устройствам. Исполнительные устройства воздействуют на характеристики систем питания и зажигания, обеспечивая точное дозирование топлива и опти­мальный момент зажигания.

Датчиками системы Мотроник являются датчики, аналогичные описанным для системы впрыска L-Джетроник. Однако, ввиду отсутствия прерывателя-распределителя, для определения частоты вращения коленчатого вала здесь применяется индукционный датчик (рис. 10).

Рис.10 Индуктивный датчик частоты вращения:

1 – постоянный магнит; 2 – корпус; 3 – кар­тер двигателя; 4 - магнитомягкий сердеч­ник; 5 – обмотка; 6 – воздушный зазор; 6 - зубчатое колесо с точкой отсчета; 7 - магнитное поле; 8 – задатчик угловых импульсов (зубчатый диск) с отметчиком - пропуском зубьев

Индуктивный датчик содержат стержневой постоянный магнит 1 с по­люсным сердечником из магнитомягкой стали и обмотку индуктивности 5 с дву­мя выводами.

Датчик обычно распо­ложен рядом с маховиком двигателя при зазоре Датчик устанавливается непосредственно напротив ферромагнитного зубчатого диска - задатчика угловых импульсов 8, от которого его отделяет небольшой воздуш­ный зазор (0,8-1,5 мм). Сердечник соединен также с постоянным магнитом 1, и магнитное поле проходит через сердечник и зубчатый диск - задатчик импульсов 8. Интенсивность магнитного потока, проходя­щего через обмотку, зависит от того, нахо­дится ли датчик напротив зуба на диске или напротив промежутка (пропуска зубьев). Поскольку магнитный поток концентрируется зубьями диска, что приводит к увеличению магнитного потока через обмотку, то при подходе пропуска зубьев он ослабевает. Следовательно, при вращении зубчатого диска возникают колебания магнитного по­тока, которые, в свою очередь, генерируют синусоидальные колебания напряжения в электромагнитной обмотке, пропорциональ­ные скорости изменения магнитного потока (рис. 48). Амплитуда колебаний переменного напряжения увеличивается строго пропор­ционально увеличению скорости вращения зубчатого диска (от нескольких мВ до 100 В). Для генерирования достаточного уровня сиг­нала требуется, по крайней мере, 30 мин¹.

Количество зубьев на задатчике угловых импульсов зависит от конкретного приме­нения. Очень большой пропуск зубьев (8) устанавливается для определения поло­жения коленчатого вала и служит как отметка для синхронизации в ЭБУ.

Существует другой вариант задатчика угло­вых импульсов, который имеет один зуб на ци­линдр. Следовательно, в случае четырехци-линдрового двигателя задатчик имеет четыре зуба и, соответственно, генерируются четыре импульса на один оборот зубчатого диска.

В роли задатчика может выступать и маховик с равномерно установленными сталь­ными штифтами. Обычно они идут че­рез каждые 10°, т.е. устанавливается 36 штифтов.

Геометрия зубьев задатчика и магнитного сердечника должны соответствовать друг другу. Электронная схема в ЭБУ преобразу­ет синусоидальное напряжение, которое ха­рактеризуется четко меняющимися ампли­тудами, в среднеквадратичный сигнал с постоянной амплитудой для его оценки в микропроцессоре ЭБУ.

Если один штифт преднамеренно пропус­тить (или установить вместо одного два штиф­та), изменение частоты импульсов укажет на прохождение верхней мертвой точки (ВМТ). Ме­стоположение пропущенного штифта не обяза­тельно находится в ВМТ. Оно может быть сме­щено относительно ВМТ на любой угол, записанный в памяти блока управления.

Современные системы обычно имеют один индуктивный датчик, но в некоторых ранних версиях уста­навливались два датчика: датчик частоты вра­щения и датчик положения коленчатого вала.

Амплитуда переменного напряжения дат­чика изменяется прямо пропорционально час­тоте вращения. Напряжение может изменяться от 5 В на холостом ходу до 100 В при частоте вращения 6000 об/мин. Поскольку для процес­сора предпочтителен цифровой сигнал (вклю­чено/выключено), переменное напряжение преобразуется в аналого-цифровом преобразо­вателе (АЦП) (рис.11).

Рис.11 Переменное напряжение на выходе индукционного датчика

Индуктивный датчик может также использоваться в каче­стве задающего генератора для выдачи базо­вого сигнала на зажигание и впрыск топлива.

В системах Мотроник предусмотрены также дополнительные функции системы впрыска. Необходимость в дополнительных функциях управления и регулиро­вания обусловлена жесткими требованиями, предъявляемыми к составу отработавших газов (ОГ), а также стремлением обеспечить наибольший комфорт и точное соответствие мощности двигателя условиям движе­ния. В настоящее время используются следующие дополнительные функции:

· регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу;

· регулирование топливоподачи с обратной связью по составу смеси;

· управление углом опережения зажигания по детонации;

· рециркуляция ОГ для снижения выброса с отработавшими газами оксидов азота (NOX);

· управление турбокомпрессором;

· управление длиной впускных каналов;

· регулирование фаз газораспределения соответствующим воздействием на газораспределительный механизм;

· ограничение подачи топлива при достижении заданной частоты вра­щения коленчатого вала.

Если система управления и регулирования наделена этими разнообразными функциями, речь идет уже не столько об управлении двигателем, сколько об управлении автомобилем в целом, ибо командные сигналы вмешиваются в функционирование и других узлов автомобиля. При этом ста­новится возможным реализовать связь управляющего устройства с автома­тической коробкой передач, что, в частности, способствует уменьшению ударных нагрузок при переключении передач, создавая благоприятный ре­жим эксплуатации. Оказывается возможным также регулирование крутя­щего момента на ведущих колесах. Кроме того, можно обеспечить и упра­вление функционированием регуляторов скорости автомобиля, которые в будущем станут весьма сложными устройствами, выполня­ющими при помощи радара автоматические функции управления движени­ем с целью максимального облегчения вождения.

Общим для любых систем впрыска с электронным управлением являет­ся наличие датчика положения дроссельной заслонки, который в простей­ших системах служит ос­новным источником информации о нагрузке двигателя. Вместе с тем боль­шое значение имеет датчик давления, пневматически соединенный с впу­скным трубопроводом и регистрирующий абсолютное давление в нем. Для определения нагрузки двигателя особенно важно измерение количест­ва проходящего через впускную систему воздуха. В системах впрыска Мотроник в зависимости марки и от модели автомобиля могут применять­ся следующие датчики расхода воздуха:

· объемные расходомеры воздуха (LMM);

· термоанемометрические массовые расходомеры воздуха с нагревае­мой нитью (LHM);

· термоанемометрические массовые расходомеры воздуха с нагревае­мой пленкой (HFM).