Микропроцессорные системы управления двигателем

МСУД стали устанавливать на автомобили с середины 80-х годов на легковые автомобили оборудованные системами впрыска топлива.

Система управляет двигателем по оптимальным характеристикам и не требует каких-либо регулировок и обслуживания в эксплуатации, т.е. автомобиль оборудуется системой внутреннего диагностирования, в которой на колодку выводятся следующие контрольные точки системы электрооборудования: «+» аккумуляторной батареи, клемма «30» генератора, корпус («масса») автомобиля, клеммы низкого напряжения катушки зажигания и датчик ВМТ поршня 1-го цилиндра двигателя.

С помощью мотор-теста система диагностирует: уменьшение компрессии в цилиндрах двигателя; степень разряжения и состояние аккумуляторной батареи; исправность генератора, стартера и системы зажигания.

МСУД включает коммутатор и микро-ЭВМ с различными датчиками. Применяемые у нас МСУД предназначены для управления зажиганием (моментом и энергией искрообразования) и электромагнитным клапаном карбюратора.

Управление зажиганием по оптимальным характеристикам осуществляется в зависимости от:

- частоты вращения коленчатого вала двигателя;

- величины давления во впускном коллекторе;

- температуры охлаждающей жидкости;

- положения дроссельной заслонки карбюратора.

Управление электромагнитным клапаном карбюратора осуществляется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и положения дроссельной заслонки карбюратора.

Электромагнитный запорный клапан топливного жиклера холостого хода появился у нас впервые на ВАЗ-2103 (1973 г.).

Он ограничивает поступление топлива и обеспечивает мгновенную остановку двигателя после выключения зажигания, т.е. предотвращает работу горячего двигателя после выключения зажигания. Электромагнитный запорный клапан и концевой выключатель регулировочного винта количества смеси холостого хода в комплекте с электронным блоком управления составляют экономайзер принудительного холостого хода (ЭПХХ) – первое управляемое устройство в системе питания карбюраторного двигателя.

ЭПХХ предназначен для экономии бензина при режимах принудительного холостого хода, когда педаль «газа» отпущена, а вращение коленчатого вала происходит принудительно «от колес» (торможение двигателем). При этом в связи с большим разряжением двигатель просто «высасывает» бензин из карбюратора.

Микрокомпьютер в МСУД выполняет следующие функции:

- с помощью датчиков измеряет частоту вращения коленчатого вала двигателя, давление во впускном коллекторе, температуру охлаждающей жидкости и определяет степень открытости дроссельной заслонки карбюратора;

- на основе информации, полученной от датчиков, выбирает из запоминающего устройства оптимальные углы опережения зажигания и требуемое состояние (закрытое или открытое) электромагнитного клапана карбюратора;

- производит интерполяцию (расчет промежуточных значений) углов опережения зажигания и вырабатывает управляющие сигналы для работы коммутатора.

В связи с миниатюризацией коммутатора его часто объединяют с микрокомпьютером. Такая схема МСУД, когда микроком­пьютер объединяет в себе функции микрокомпьютера и коммутатора, представлена на рис. 59.

Датчики синхронизации (см. рис. 58) индуктивные, они генерируют импульс напряжения при прохождении в их магнитном поле штифта или зуба. Установочные зазоры датчиков в пределах 0,3-1,2 мм. Датчик начала отсчета 3 установлен на картере сцепления так, что он генерирует импульс напряжения в момент прохождения в его магнитном поле маркерного штифта, запрессованного в маховик. И этот момент соответствует положению ВМТ поршней 1 и 4 цилиндров (интервал между импульсами 360 градусов).

Рис. 58. Микропроцессорная система управления двигателем (МСУД):

1 - свечи зажигания; 2 - катушки зажигания; 3 - датчик начала отсчета; 4 – генера­тор; 5 - аккумуляторная батарея; 6 - выключатель зажигания; 7 – монтажный блок; 8 - концевой выключатель карбюратора; 9 – электромагнитный клапан карбюратора; 10 - контроллер; 11 - датчик температуры; 12 – датчик угловых импульсов

Датчик угловых импульсов 12 реагирует на зубья маховика, т.е. если число зубьев 128, то сигнал посылается 128 раз за оборот коленчатого вала или через 2,8125 градуса.

Датчик положения дроссельной заслонки 8 и электромагнитный клапан 9 относятся к карбюратору. Датчик 8 сообщает о положении дроссельной заслонки (открыта, закрыта). Электромагнитный клапан, как отмечалось, управляется микрокомпьютером в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и положения дроссельной заслонки.

На схеме показаны две катушки зажигания на четыре цилиндра. Иногда с целью увеличения надежности работы системы зажигания на каждый цилиндр устанавливают свою катушку, чтобы получить бесконтактное распределение высоковольтного напряжения при двухканальном коммутаторе. Одна катушка генерирует высоковольтные импульсы на свечи 1 и 4 цилиндров, а другая – на свечи 2 и 3 цилиндров. Причем искровой разряд происходит одновременно на двух свечах зажигания, т.е. на два оборота коленчатого вала (4 такта) в каждом цилиндре происходит два искровых разряда: один рабочий (конец такта сжатия), а второй холостой (конец такта выпуска отработавших газов).

Рассмотренная МСУД, применяемая на части легковых автомобилей ВАЗ, является наиболее простой как по объектам управления системой зажигания (не полностью электронная) и питания (карбюратор), так и по параметрам, учитываемым при обеспечении оптимального управления двигателем.

К более сложным МСУД относится, например, система фирмы Bosch «Мотроник» (модификации 1.1; 1.3; 1.7; 2.7; 3.1; ME и др.) (рис. 59).

Цифровая система управления двигателем «Мотроник» объединяет системы управления зажиганием и питанием (впрыском). Управление осуществляется контроллером, представляющим собой специализированную микро-ЭВМ, обрабатывающую по программе импульсы датчиков систем зажигания и питания согласно зaлoжeннoмv алгоритму.

Рис. 59. Схема системы управления двигателем «Мотроник»:

1 – бензобак;, 2 - бензонасос; 3 - фильтр тонкой очистки топлива; 4 - регулятор давления; 5 - пусковая форсунка; 6 - форсунки впрыска;, 7 - воздушный фильтр;8 - измеритель массы воздуха; 9- датчик температуры воздуха; 10- потенциометр дроссельной заслонки, 11 - регулятор холостого хода, 12 - катушка зажигания, 13 – свеча зажигания, 14 - контроллер; 15 - датчик детонации, 16 - тепловое реле времени; 17- датчик температуры охлаждающей жидкости; 18- датчик числа оборотов двигателя; 19 - датчик угловых импульсов (положение поршня относительно ВМТ); 20 – аккумуляторная батарея, 21 - выключатель зажигания, 22 - зубчатый венец маховика

В названии – «микропроцессорная система управления двигателем» (МСУД) упомянут микропроцессор, который представляет собой «мыслящую» часть микро-ЭВМ (микрокомпьютера). По принятой у нас терминологии контроллер – это микро-ЭВМ, в действительности же микро-ЭВМ только основная часть контроллера.

При рассмотрении системы «Мотроник» воспользуемся более точной терминологией, принятой в Европе. Главная часть системы управления двигателем (рис. 59) – контроллер. В состав контроллера входит микро-ЭВМ с процессором.

Система «Мотроник» объединяет в себе систему впрыска топлива «Джетроник» (модификации: К, КЕ, L, LE, L3, L4, LH, LH2.2 и др.) и систему полного электронного зажигания (VSZ) без распределителя с числом катушек зажигания, равным числу цилиндров.

Контроллер системы «Мотроник» выполняет следующие функции:

- управление системой впрыска топлива;

- управление системой зажигания и регулирование момента зажигания;

- распределение тока высокого напряжения;

- управление пуском холодного двигателя;

- регулирование холостого хода двигателя;

- регулирование частоты вращения коленчатого вала двигателя;

- самодиагностика.

Для упрощения рассмотрения системы «Мотроник» в функциональной схеме контроллера выделено устройство управления (процессор), являющийся микро-ЭВМ.

Рассмотрим назначение основных датчиков системы «Мотроник».

Датчик числа оборотов двигателя является общим для систем впрыска и зажигания. Он установлен на блоке цилиндров двигателя напротив зубчатого обода маховика и генерирует импульсы напряжения при прохождении в его магнитном поле метки (ВМТ поршня 1-го цилиндра) маховика.

Датчик угловых импульсов установлен рядом с датчиком числа оборотов двигателя и выдает на контроллер импульсы углового положения коленчатого вала, реагируя на зубья венца маховика. Одновременно по сигналам (импульсам) этого датчика можно определить положение поршней относительно ВМТ.

Датчик температуры охлаждающей жидкости имеет отрицательный температурный коэффициент, т.е. его сопротивление падает при увеличении температуры. Он установлен в головке цилиндров и выдает на контроллер сигналы температуры охлаждающей жидкости.

Датчик температуры поступающего воздуха также имеет отрицательный температурный коэффициент. Он встроен в измеритель расхода воздуха и с его выводов на контроллер поступают сигналы темпера -туры всасываемого воздуха.

Измеритель расхода воздуха определяет объем всасываемого воздуха за счет перемещения напорного диска, на оси которого установлен потенциометр, «преобразующий» угловое положение напорного диска в электрический сигнал. На основе информации, полученной от этого потенциометра, контроллер определяет нагрузку двигателя, поэтому измеритель расхода воздуха с потенциометром – это датчик нагрузки двигателя.

Появились датчики расхода (измерители массы) воздуха чисто электрические без громоздкой механической системы с напорным диском. Масса воздуха, поступающего в двигатель, измеряется по напряжению, необходимому для поддержания постоянной температуры проводника, чувствительного к изменениям температуры проходящего мимо него потока воздуха. Изменение «напряжения поддержания постоянной температуры» и является сигналом датчика расхода воздуха. Измерители массы воздуха, где воздух обдувает нагреваемый проводник, получили название термоанемометрических.

Датчик углового положения дроссельной заслонки представляет собой потенциометр, установленный на оси заслонки.

Датчик детонации обеспечивает защиту двигателя от детонации. При этом имеется ввиду не детонация, вызванная низкооктановым бензином, а детонация, связанная с режимом работы двигателя. Например, при высокой

температуре наружного воздуха в случае превышения нормальной рабочей температуры охлаждающей жидкости датчик детонации подает импульсы на

контроллер, который вырабатывает команды на смещение угла опережения зажигания в сторону запаздывания до наступления детонации. Есть также датчики детонации, которые реагируют на увеличение жесткости сгорания смеси в цилиндрах двигателя. Общей особенностью датчиков детонации явля­ется то, что они предупреждают детонацию, реагируя на признаки скорого ее появления.

Система самодиагностики обнаруживает нарушения работы контроллера, элементов системы «Мотроник» и вводит их в запоминающее устройство контроллера.