Система управления бензиновым двигателем внутреннего сгорания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ) /УНИВЕРСИТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ/

ТЕМА РЕФЕРАТА «Система управления бензиновым двигателям внутреннего сгорания»

бензиновый двигатель зажигание форсунка Махинин Станислав Сергеевич группа 1-ЗУТСн-1

Научный руководитель:

Харитонов Валерий Иванович Москва — 2014

Оглавление Введение Система управления бензиновым двигателем внутреннего сгорания Датчик положения коленчатого вала Датчик температуры охлаждающей жидкости Дроссельная заслонка с механическим приводом Регулятор холостого ход Датчик массового расхода воздуха Датчик кислорода Система зажигания

Система впрыска Впускная система Блок управления двигателем Заключение бензиновый двигатель зажигание фосунка Введение Среди поршневых двигателей внутреннего сгорания в настоящее время наиболее распространен бензиновый двигатель.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при воспламенение топливно-воздушной смеси, воспламенение происходит принудительно за счет электрической искры, обеспечивающее перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель):

впуск;

сжатие;

рабочий ход;

выпуск.

Основными направлениями совершенствования бензиновых двигателей являются:

снижение расхода топлива;

снижение токсичности отработавших газов;

повышение мощности двигателя.

Для реализации этих требований на современных бензиновых двигателях применяются следующие системы:

Система управления бензиновым двигателем внутреннего сгорания Рассмотрим обобщенную модель управления двигателем внутреннего сгорания (в дальнейшем ДВС) Она состоит из трех групп компонентов:

Датчиков Исполнительных механизмов Блока управления двигателем Датчики снимают показания о:

Положении и частоте вращения коленчатого вала, Температуре охлаждающей жидкости, Положении дроссельной заслонки, Массовом расходе воздуха Температуре входящего воздуха Концентрации кислорода в выхлопной системе Детонации топлива в цилиндрах Исполнительными механизмами являются:

Дроссельная заслонка

Регулятор холостого хода (РХХ) Датчик содержания кислорода в выпускной системе Свечи

Форсунки Электромагнитный клапан адсорбера Датчик положения коленчатого вала (или датчик фазы)

чаще всего устанавливается ближе к КПП, либо на передней части самого коленчатого вала устанавливается задающий диск с рисками, задающий диск объединен с коленчатым валом представляет собой зубчатое колесо с равноудаленными впадинами. Для синхронизации два зуба отсутствуют. Расстояние около 1±0,2 мм от задающего диска коленчатого вала до датчика.

задающий диск объединен со коленчатым валом и представляет собой зубчатое колесо с равноудаленными впадинами. Для синхронизации два зуба отсутствуют Сигнал, подаваемый датчиком в блок управления двигателем, это и есть сигнал частоты вращения и положения коленчатого вала. Этот сигнал представляет собой серию повторяющихся электрических импульсов напряжения, генерируемых датчиком при вращении коленчатого вала

На базе импульсов опорного сигнала положения коленчатого вала, блок управления двигателем генерирует импульсы управления форсунками и системой зажигания.

Датчик положения коленчатого вала

1-сердечник; 2-обмотка;

3- кронштейн крепления; 4 — постоянный магнит Датчик температуры охлаждающей жидкости

служит для корректировки смеси топлива. Блок управления не «видит» саму температуру охлаждающей жидкости, он «видит» сопротивления датчика меняющегося в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Датчик температуры охлаждающей жидкости служит для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулировки подачи воздуха отеплителем салона, регулирования работы вентилятора охлаждения ДВС и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости. Сигналы от датчика принимает электронный блок управления (блок управления двигателем) и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с установленным соответствующим программным обеспечением. В зависимости от полученных данных, в виде сопротивления, блок управления двигателя меняет смесь (соотношение кислорода и топлива).

Дроссельная заслонка с механическим приводом трубка подвода охлаждающей жидкости;

трубка системы вентиляции картера;

трубка отвода охлаждающей жидкости;

датчик положения дроссельной заслонки;

регулятор холостого хода;

патрубок системы улавливания паров бензина;

дроссельная заслонка.

является конструктивным элементом впускной системы бензиновых двигателей внутреннего сгорания с впрыском топлива и предназначена для регулирования количества воздуха, поступающего в двигатель через впускной коллектор для образования топливно-воздушной смеси. Дроссельная заслонка устанавливается между воздушным фильтром и впускным коллектором.

Впускной коллектор распределяет поток воздуха по цилиндрам двигателя и придает ему необходимое движение. Разряжение, возникаемое во впускном коллекторе используется в работе вакуумного усилителя тормозов, а также для привода впускных заслонок. Блок системы управления двигателем На двигателях с непосредственным впрыском топлива в дополнение к дроссельной заслонке устанавливаются впускные заслонки. Они обеспечивают процесс смесеобразования за счет разделения воздуха на два впускных канала. Один канал перекрывает заслонка, через другой — воздух проходит беспрепятственно. Впускные заслонки установлены на общем валу, который поворачивается с помощью вакуумного или электрического привода.

Работу впускной системы обеспечивает система управления двигателем. Конструктивные элементы системы управления двигателем, которые используются в работе системы впуска, можно разделить на три группы:

входные датчики;

блок управления;

исполнительные устройства.

К примеру, впускная система двигателя с непосредственным впрыском топлива имеет следующие датчики:

расходомер воздуха;

датчик температуры воздуха на впуске;

датчик положения дроссельной заслонки;

датчик давления во впускном коллекторе;

датчик положения впускной заслонки;

датчик положения клапана рециркуляции;

Корпус дроссельной заслонки включен в систему охлаждения двигателя. Но придуман с другой целью.

В холодное время года, система охлаждения служит не для того чтоб остужать дроссель от перегрева, а на оборот нагревать его, для того, чтобы воздух проходящий во впускную систему был теплым. Что позволит двигателю легче работать и запускаться.

Регулятор холостого хода является устройством, которое необходимо в системе для стабилизации оборотов холостого хода двигателя и поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала двигателя, при закрытой дроссельной заслонке, во время пуска, прогрева и при изменении нагрузки во время включения дополнительного оборудования. РХХ представляет из себя шаговый электродвигатель с подпружиненной конусной иглой, которая передвигаясь изменяет количество воздуха, поступающего во впускную систему в обход дроссельной заслонки, в двигатель поступает необходимое количество воздуха для его стабильной работы.

Этот воздух учитывается датчиком массового расхода воздуха (или ресходомер) и в соответствии с его количеством, блок управления двигателем осуществляет подачу топлива в двигатель через топливные форсунки. По датчику положения коленчатого вала блок управления двигателем отслеживает количество оборотов двигателя и в соответствии с режимом работы двигателя управляет РХХ, таким образом добавляя или снижая подачу воздуха в обход закрытой дроссельной заслонки.

Датчик массового расхода воздуха (расходомер воздуха)

Экологические требования к современным двигателям внутреннего сгорания предполагают поддержание определенного (стехиометрического) соотношения воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси на всех режимах работы. Только в этом случае каталитический нейтрализатор полностью удаляет вредные вещества в отработавших газах.

Для поддержания стехиометрического соотношения компонентов топливно-воздушной смеси требуется точная информация о количестве (расходе) всасываемого воздуха, которую предоставляет расходомер воздуха. Расходомер передает на блок управления двигателем частотно-импульсный сигнал, изменяющийся в прямой зависимости от пройденного через него количества воздуха. Чем большее количество воздуха пройдено через датчик, тем выше частота сигнала.

Датчик кислорода (или концентрации кислорода в выпускной системе, в народе лямбда-зонд) Кислородный датчик служит для определения количества кислорода в отработавших газах.

Для обеспечения эффективной (экономичной и экологичной) работы двигателя внутреннего сгорания соотношение воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси должно быть постоянным на всех режимах работы. Это достигается использованием кислородного датчика в выпускной системе. Сам процесс управления содержанием кислорода в выхлопных газах называется лямбда-регулирование.

Так, при недостатке воздуха в топливно-воздушной смеси, углеводороды и угарный газ полностью не окисляются. С другой стороны, при избытке воздуха оксиды азота полностью не разлагаются на азот и кислород.

Лямбда-зонд устанавливается в выпускной системе. На отдельных моделях автомобилей применяется два кислородных датчика: один устанавливается до каталитического нейтрализатора, другой — после. Применение двух кислородных датчиков усиливает контроль за составом отработавших газов и обеспечивает эффективную работу нейтрализатора.

Датчик фиксирует коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси (л) по величине концентрации кислорода в отработавших газах.

При разной концентрации кислорода в отработавших газах и атмосфере на концах электрода создается напряжение. Чем выше содержание кислорода (обедненная топливно-воздушная смесь), тем ниже напряжение, чем ниже содержание кислорода (обогащенная топливно-воздушная смесь), тем выше напряжение.

Электрический сигнал от кислородного датчика поступает в электронный блок управления системы управления двигателем. В зависимости от величины сигнала блок управления воздействуют на исполнительные органы подконтрольных ему систем автомобиля.

Эффективная работа кислородного датчика осуществляется при температуре 300 °C. Для скорейшего достижения рабочей температуры, лямбда-зонд оборудуется нагревателем.

Система зажигания

Предназначена для воспламенения топливно-воздушной смеси бензинового двигателя. Воспламенение смеси происходит от искры.

Принцип работы системы зажигания заключается в накоплении и преобразовании катушкой зажигания низкого напряжения (12В) электрической сети автомобиля в высокое напряжение (до 30 000В), распределении и передаче высокого напряжения к соответствующей свече зажигания и образовании в нужный момент искры на свече зажигания.

В работе системы зажигания можно выделить следующие этапы:

накопление электрической энергии;

преобразование энергии;

распределение энергии по свечам зажигания;

образование искры;

воспламенение топливно-воздушной смеси.

В зависимости от способа управления процессом зажигания различают следующие типы систем зажигания:

контактная система зажигания;

бесконтактная (транзисторная) система зажигания;

электронная (микропроцессорная) система зажигания.

В контактной системе зажигания управление накоплением и распределение электрической энергии по цилиндрам осуществляется механическим устройством — прерывателем-распределителем. Дальнейшим развитием контактной системы зажигания является контактная транзисторная система зажигания, в первичной цепи катушки зажигания которой применен транзисторный коммутатор.

В отличие от контактной в бесконтактной системе зажигания для управления накоплением энергии используется транзисторный коммутатор, взаимодействующий с бесконтактным датчиком импульсов. Транзисторный коммутатор в данной системе выполняет роль прерывателя. Распределение тока высокого напряжения осуществляется механическим распределителем.

В микропроцессорной системе зажигания используется электронный блок управления, с помощью которого производится управление процессом накопления и распределения электрической энергии. В ранних конструкциях электронной системы зажигания электронный блок одновременно управлял системой зажигания и системой впрыска топлива (т.н. объединенная система впрыска и зажигания). В настоящее время управление зажиганием включено в систему управления двигателем.

Не смотря на различия в конструкции можно выделить следующее общее устройство системы зажигания:

источник питания (автомобильный генератор и аккумуляторная батарея);

выключатель зажигания;

устройство управления накоплением энергии (прерыватель, транзисторный коммутатор, электронный блок управления);

накопитель энергии (катушка зажигания);

устройство распределения энергии по цилиндрам (механический распределитель, электронный блок управления);

высоковольтные провода;

свечи зажигания.

Система впрыска На современных автомобилях используются различные системы впрыска топлива. Система впрыска (другое наименование — инжекторная система, от injection — впрыск) как следует из названия, обеспечивает впрыск топлива.

Система впрыска топлива является составной частью топливной системы автомобиля. Основным рабочим органом любой системы впрыска является форсунки (инжекторы) Форсунка (другое название — инжектор), являясь конструктивным элементом системы впрыска, предназначена для дозированной подачи топлива, его распыления в камере сгорания (впускном коллекторе) и образования топливно-воздушной смеси.

Электромагнитная форсунка устанавливается, на бензиновых двигателях, в т. ч. оборудованных системой непосредственного впрыска. Форсунка имеет достаточно простое устройство, включающее электромагнитный клапан с иглой и сопло.

На примере форсунки, устанавливаемой в системе непосредственного впрыска топлива Схема подготовлена по материалам Volkswagen

сетчатый фильтр электрический разъем пружина обмотка возбуждения якорь электромагнита корпус форсунки игла форсунки уплотнение сопло форсунки Принцип работы электромагнитной форсунки осуществляется следующим образом. В соответствии с заложенным алгоритмом электронный блок управления обеспечивает в нужный момент подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана. При этом создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло. Производится впрыск топлива. С исчезновением напряжения, пружина возвращает иглу форсунки на седло.

Впускная система Впускная система (другое наименование — система впуска) предназначена для впуска в двигатель необходимого количества воздуха и образования топливно-воздушной смеси. Термин «впускная система» появился с развитием конструкции двигателей внутреннего сгорания, особенно с появлением системы непосредственного впрыска топлива. Оборудование для питания двигателя воздухом перестало быть просто воздуховодом, а превратилось в отдельную систему.

В своей работе система впуска взаимодействует со многими системами двигателя, в том числе:

системой впрыска;

системой рециркуляции отработавших газов;

системой улавливания паров бензина;

Взаимодействие перечисленных систем и еще ряда других систем обеспечивает система управления двигателем.

Принцип работы впускной системы Работа впускной системы основана на разности давлений в цилиндре двигателя и атмосфере, возникающей на такте впуска. Объем поступающего воздуха при этом пропорционален объему цилиндра. Величина поступающего воздуха регулируется положением дроссельной заслонки в зависимости от режима работы двигателя.

Рассмотрим схему двигателя с непосредственным впрыском топлива воздушный фильтр расходомер воздуха адсорбер запорный клапан система улавливания паров бензина блок управления дроссельной заслонкой датчик давления во впускном коллекторе клапан управления впускными заслонками вакуумный привод впускных заслонок датчик положения впускной заслонки датчик давления в магистрали вакуумного усилителя тормозов клапан система рециркуляции отработавших газов впускной коллектор Впускной коллектор распределяет поток воздуха по цилиндрам двигателя и придает ему необходимое движение. Разряжение, возникаемое во впускном коллекторе используется в работе вакуумного усилителя тормозов, а также для привода впускных заслонок. Блок системы управления двигателем Блок управления двигателем (ЭБУ)

— аналог домашнего персонального компьютера, установленный в автомобиле и специально предназначенный для работы в машине. Управляет одним или несколькими процессами работы ДВС. Является основным конструктивным элементом системы управления двигателем Основным преимуществом автомобильного компьютера является функциональность. С использованием автомобильного компьютера отпадает необходимость в отдельной установке нескольких блоков управления и синхронизации их между собой. Он обрабатывает информацию поступающую в него, в соответствии с определенным алгоритмом и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства различных систем двигателя.

Каждое отдельное устройство требует место для установки, чем значительно уменьшает компактность и стоимость конструкции.

Применение электронного регулирования позволяет оптимизировать основные параметры работы двигателя для различных режимов работы: мощность, крутящий момент, расход топлива и др.

Современные блоки управления двигателем являютсяпрограммируемыми электронными устройствами, т. е. при необходимости могут быть перепрограммированы пользователем. Потребность в перепрограммировании возникает при внесении изменений в конструкцию двигателя (тюнинг двигателя) — установка турбокомпрессора, интеркулера, оборудования для работы на альтернативных видах топлива, изменения в выпускной системе.

Электронный блок управления двигателем может выполнять следующие функции:

управление впрыском топлива;

регулирование положения дроссельной заслонки, в.т.ч. на холостом ходу;

управление зажиганием;

регулирование состава отработавших газов;

управление системой улавливания паров бензина;

регулирование системы рециркуляции отработавших газов;

управление фазами газораспределения;

регулирование температуры охлаждающей жидкости.

Блок управления двигателем обменивается данными и с другими электронными системами автомобиля:

антиблокировочной системой тормозов;

автоматической коробкой передач;

системой пассивной безопасности;

системой климат-контроля;

противоугонной системой;

и др.

Обмен данными производится посредством CAN-шины (Controller Area Network), объединяющей отдельные блоки управления в общую систему.

Чаще всего управление автомобильным компьютером организовано через сенсорный жидкокристаллический монитор, встроенный, например в торпеду автомобиля. (размеры от 7″ до 15″ по диагонали). Имеющий простейшие функции регулировки. Например при температуре низкой к нулю система может изменить параметры динамики разгона автомобиля, дабы избежать пробуксовки при старте. А у автомобилей с автоматической коробкой переключения передач (АКПП), есть режим зимней дороги, который не дает резкого разгона, для уменьшения возможности пробуксовки колес. Так же эта функция может включаться системой, считывая параметры датчика температуры наружного воздуха. В среднем +4 градуса Цельсия, этот режим активируется программно.

Также мониторы могут быть моторизированные и ручные, для диагностики и колибровки настроек блоков управления. Такие мониторы имеют монтажные разъемы. (самым распространённым в настоящее время является OBD II). Такие разъемы еще называют диагностическими. Диагностические разъемы чаще всего убраны от не опытных рук под лючки, крышки, подлокотники салона, отдельно стоящие (съемные).

У каждой марки свои места.

Заключение

Система управления двигателем основана на комплексном управлении всеми исполнительными элементами, за счет считывания параметров с датчиков. Другими словами, система управления двигателемэто предприятие которое постоянно обменивается информацией с управляющим, в соответствия с конкретным режимом работы двигателя. Система различает следующие режимы работы двигателя:

запуск;

прогрев;

холостой ход;

движение;

переключение передач;

торможение;