Статья опубликована в №21 (май) 2015
Разделы: Техника
Размещена 30.03.2015. Последняя правка: 07.04.2015.
Просмотров - 2735

ИНФОРМАТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ЭФЕКТИВНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Мерзликина Ксения Ивановна

БГТУ им В.Г.Шухова

Магистрант 1го курса

Солодовников Д.Н., кандидат технических наук, доцент кафедры сервиса транспортных и технологических машин Белгородского государственного технологического университета имени В. Г. Шухова

УДК 62-519

Существует необходимость в разработке таких структур и алгоритмов, которые обеспечивали бы для газового двигателя, работающего на транспортном средстве, реализацию оптимальных характеристик регулирования, а для электроагрегатов на газовых двигателях - улучшение качеств регулирования частоты вращения для соответствия требованиям 1 или 2 класса точности.

Системой управления двигателем называется электронная система управления, которая обеспечивает работу двух и более систем двигателя. Система является одним из основных электронных компонентов электрооборудования автомобиля.

Система управления (далее - ЭСУД) обеспечивает работу двигателя на всех режимах при достижении требуемого уровня топливной экономичности, пусковых и ездовых качеств укомплектованного ей транспортного средства, а также соответствие требованиям Правил ЕЭК ООН №49-04В2 (Экологический класс 5) по удельным выбросом вредных веществ с ОГ; обеспечение функций диагностики технического состояния двигателя и его систем; согласованного взаимодействия системы управления двигателем с системами управления автомобилем с целью обеспечения оптимального управления и безопасности движения; поддержания вспомогательных функций управления автомобильными агрегатами и устройствами (иммобилайзер, кондиционер, связь с автоматической трансмиссией и др.); защиту двигателя от работы в недопустимых с точки зрения обеспечения его работоспособности режимах; управление при неисправностях в цепях датчиков и исполнительных устройств.

В настоящий момент можно выделить три типа поколения газовых систем по принципу их работы:

- Второе поколение, или "газовый карбюратор". Механические системы с вакуумным, но чаще электронным управлением, которые устанавливают на бензиновые карбюраторные автомобили.

- Третье поколение, или "газовый карбюратор с системой лямбда-контроля". Механические системы, дополненные электронным дозирующим устройством, работающим по принципу обратной связи с датчиком содержания кислорода (лямбда-зонд). Они устанавливаются на автомобили, оснащенные инжекторным двигателем, лямбда-зондом и каталитическим нейтрализатором отработавших газов.

- Четвертое поколение, или "газовый инжектор". Системы распределенного последовательного впрыска газа с электромагнитными форсунками, которые управляются более совершенным электронным блоком.

Главное отличие систем второго и третьего поколений в том, что в них газ из редуктора поступает в смеситель, установленный между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой (для карбюраторных автомобилей возможна непосредственная врезка газовых штуцеров в карбюратор). А различие между ними - в способах регулировки подачи газа. В первой системе регулирование поступления газа в смеситель производится механически. Это делается с помощью дозатора, который представляет собой кран, изменяющий при повороте проходное сечение. Во второй используется электронный дозатор, который регулирует подачу газа и управляется электронным блоком. ЭБУ получает информацию от лямбда-зонда, датчика положения дроссельной заслонки и датчика оборотов двигателя, формируя на ее основе управляющий сигнал шаговому электродвигателю, который постоянно изменяет регулировку подачи газа через дозатор.

Система управления двигателем включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства систем двигателя. Входные датчики измеряют конкретные параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. Информация, получаемая от датчиков, является основой управления двигателем. Электронный блок управления двигателем принимает информацию от датчиков и в соответствии с заложенным программным обеспечением формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства систем двигателя. В своей работе электронный блок управления взаимодействует с блоками управления автоматической коробкой передач, системой ABS (ESP), электроусилителя руля, подушками безопасности и др.

ЭСУД в составе газового двигателя выполняет следующие функции:

— управление пуском и остановом двигателя;

— управление топливоподачей без обратной связи по содержанию кислорода в отработавших газах;

— управление топливоподачей с обратной связью по содержанию кислорода в отработавших газах;

— управление топливоподачей и зажиганием на всех режимах работы двигателя (холостой ход (ХХ), частичные нагрузки (ЧН), режим мощностного обогащения (МО), принудительный холостой ход (ПХХ);

— компенсацию изменения напряжения бортовой сети (управление временем накопления энергии в катушках зажигания и длительностью импульсов впрыска);

— поддержание стабильной частоты вращения двигателя на режимах холостого хода;

— ограничение максимальной частоты вращения двигателя;

— защита двигателя при аварийных режимах работы;

— управление двигателем в аварийных режимах работы;

— централизованная диагностика компонентов системы;

— сигнализацию об аварийных и критических режимах работы двигателя и системы управления.

Структурная схема ЭСУД газовым двигателем представлена на рисунке 1 и состоит из следующих компонентов:

 

 

Рисунок 1 – Структурная схема Электронной системы управления двигателем

1 - электронный блок управления (ЭБУ); 2 - жгут проводов; 13 - датчик углового положения коленчатого вала; 10 - датчик углового положения распределительного вала поз; 12 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 7 - датчик давления надувочного воздуха; 11 - датчика температуры газового топлива; 5 - датчик давления газового топлива в магистрали высокого давления; 6 - датчик давления газа в газовой распределительной магистрали; 9 - управляющий и диагностический датчик кислорода; 8 - датчиков детонации; 14 - дроссельный патрубок с электроприводом дроссельной заслонки; датчик скорости транспортного средства; 20 - электронная педали акселератора; 4 - электромагнитные дозаторы газового топлива (газовые форсунки); 3 - катушки зажигания;  высоковольтные провода; 19 - свечи зажигания; 16 - клапан рециркуляции отработавших газов; 18 - магистральный клапан высокого давления; 15 - запорные клапаны отключения подачи газового топлива.  

Датчики системы управления служат для получения информации, которая неоходиа для выработки сигналов управления двигателя. Привод дроссельной заслонки предназначен для управления положением дроссельной заслонки по сигналам от электронной педали. Электромагнитный дозатор газа осуществляет фазированную подачу необходимого количества газа по сигналам блока управления. Электромагнитный клапан осуществляет отключение подачи газа при выключении системы управления и при аварийных ситуациях.

Жгут проводов соединяет элементы системы управления с электронным блоком, шиной питания и шиной заземления. Применяемые электрические соединители обеспечивают необходимую надежность соединений и их защиту от влияния внешних условий. При неисправном датчике положения коленчатого вала, повреждениях соединительного жгута эксплуатация двигателя невозможна[3, с. 28].

По измеренным значениям давлений блок управления определяет количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя и количество газа, необходимое для обеспечения режимов работы двигателя[2]. В соответствии с измеренным значением температуры электронный блок корректирует значения угла опережения зажигания, положения дросселя и топливоподачи. Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен на корпусе термостатов двигателя, датчик температуры воздуха - на передней стенке впускного трубопровода, датчик температуры газа - на корпусе газового фильтра с электромагнитным клапаном. Датчики подключаются к жгуту проводов посредством двухконтактного соединителя. Неисправность датчиков приводит к нарушениям работы системы управления и снижению мощности двигателя.

Указания по эксплуатации и техническому обслуживанию.

Ремонт блока управления и блока коммутации должен выполняться на предприятии-изготовителе или на специализированных предприятиях по согласованию с предприятием-изготовителем.

Оснащение транспортных средств блоками управления двигателем значительно улучшило их технические характеристики. В первую очередь это отразилось на уменьшении расхода топлива и улучшении динамических и мощностных характеристик [1, с. 2]. Кроме того, упростился запуск двигателя, так как блок управления отлично адаптируется под сложные режимы работы (такие как холостой ход или прогрев двигателя). Наконец, поддержание оптимального состава смеси позволяет снизить количество несгоревших углеводородов в выхлопе и, соответственно, повысить его экологичность. Более полное сгорание и небольшое количество примесей в газовом топливе снижает вредный выброс в выхлопных газах на 30–50%. Отсутствие соединений свинца продлевает долговечность  каталитических нейтрализаторов, что крайне важно для ограничения токсичности выхлопа. С использованием этой системы полностью сохраняются все преимущества работы мотора с непосредственным впрыском. Это супер точное дозирование топлива, работа на обедненных смесях, а благодаря применению сжиженного газа можно дополнительно достигнуть снижения выбросов СО2 на 20%. Данное оборудование также привлекательно тем, что позволяет не только сохранить заводскую мощность мотора, но и повысить ее. Так, по информации производителя, на автомобиле VW Passat 1,8 TSI мощность 160-сильного мотора повышается до 169 л. с.

Есть у электронных систем управления двигателем и недостатки. В первую очередь к ним относится относительно высокая стоимость узлов. Более того, узлы этой системы практически не поддаются ремонту и, в случае выхода из строя, подлежат замене. Для диагностики и устранения неисправностей электронных систем требуется специальное дорогостоящее оборудование и высокая квалификация персонала. Кроме того, они отличаются высокими требованиями к качеству топлива и надежности системы электропитания.

1. Афонин С. Газовое оборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 2001 - 32 с.
2. Мерзликина К.И. Экономическая оценка использования биологически чистого топлива на транспорте [Текст] / К. И. Мерзликина, Д.Н. Солодовников // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования / ФГБОУ ВПО "Воронеж. гос. лесотехн. акад."; отв. ред. канд. техн. наук А. И. Новиков. - Воронеж, 2014. - Вып. 1. - С. 294-296. - ISSN 2409-7829.
3. Национальные автомобильные интеллектуальные инновации [Электронный ресурс]. Электронная система управления газовым двигателем (ЭСУД). Режим доступа - http://nami.ru/ob-institute/directions/science/center-of-information-and-intelligent-systems/electronic-control-system-gas-engine-edms/. Загл. с экрана.

Рецензии:

30.03.2015, 21:14 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: В статье имеются некоторые недостатки: 1. Обозначения на рис. 1 -- не по порядку. 2. В статье приведена электронная система управления двигателем и сделан вывод о том, что она улучшает показатели двигателя, однако не показано, по сравнению с чем. Прочитав статью, можно подумать, что до применения этой системы двигатель работает крайне плохо. Я предлагаю привести некоторые примеры преимущества электронного управления перед, например, механическим. 3. Указаны многочисленные преимущества данной системы управления двигателем, но приведены количественные оценки. Предлагаю для основных показателей их привести; например, на сколько % увеличится мощность, снизится токсичность. ВЫВОД: после внесения незначительных уточнений статья может быть рекомендована к публикации.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий