Обзор системы

Не разобранное
Administrator
1 362
8-05-2017, 22:45
0

Обзор электрической системы

Системы управления Motronic фирмы Bosch предназначены для управления двигателем в режимах замкнутого или разомкнутого регулирования. Система Motronic (рис. 2) включает все датчики, необходимые для измерения значений параметров двигателя и автомобиля в целом, и исполнительные устройства, осуществляющие требуемое регулирование. Блок управления использует данные, поступающие с датчиков для определения состояния автомобиля и двигателя. Этот процесс выполняется с очень высокой частотой (с периодом в несколько миллисекунд для обеспечения регулирования в режиме реального времени). Во входных цепях происходит подавление помех и преобразование сигналов в электрическое напряжение с использованием единой унифицированной шкалы. Аналого-цифровой преобразователь затем преобразует отфильтрованные сигналы в цифровую форму. Другие сигналы принимаются через цифровые интерфейсы (например, шины CAN, FlexRay) или через интерфейсы широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Основным устройством блока управления двигателя является микропроцессор с программной памятью (например. Флэш-ППЗУ), в

которой хранятся все алгоритмы управления, т.е. алгоритмы математических вычислений, выполняемых в соответствии со специальными программами, и данные (параметры, характеристики, карты программ). Входные переменные, полученные в результате обработки сигналов датчиков, оказывают влияние на алгоритмы вычислений и, следовательно, на выходные сигналы, поступающие на исполнительные устройства. Исходя из этих входных сигналов, микропроцессор определяет требуемые реакции на команды водителя и вычисляет, например, необходимый крутящий момент, величину заряда топлива, поступающего в цилиндры, момент зажигания и подает соответствующие выходные сигналы на исполнительные устройства (например, системы контроля выделения паров топлива, турбокомпрессор и систему подачи дополнительного воздуха).

Сигналы низкого уровня, выходящие из микропроцессора, посредством задающего каскада усилителя мощности преобразуются в сигналы тех мощностей, которые требуются различным исполнительным устройствам.

Еще одной важной функцией системы Motronic является мониторинг работоспособности всех систем с использованием системы бортовой диагностики (0BD). В целях выполнения дополнительных тоебований. предъявляемых к системе Motronic нормативными положениями, примерно половины вычислительной мощности системы Motronic расходуется на выполнение задач, связанных с диагностикой.

Обзор функций системы

Система управления двигателем, кроме основных функций регулирования подачи топлива, смесеобразования и зажигания, выполняет большое количество вторичных функций. Для большей ясности система подразделяется на несколько подсистем. Полная структура системы Motronic показана на рис. 3.

Подсистема определения требуемого крутящего момента (TD)

Водитель выдает прямую команду управления посредством изменения положения педали акселератора. Положение педали акселератора преобразуется в значение уставки для системы определения требуемого крутящего момента.

Кроме прямого ввода команды водитель также может отдавать команды косвенным образом, используя систему круиз-контроля. Требуемый крутящий момент вычисляется, исходя из текущих условий движения.

Если педаль акселератора не нажата, система вычисляет крутящий момент, необходимый для поддержания оборотов холостого хода.

Функция демпфирования, электрическая система (стартер, генератор, аккумуляторная батарея) и другие электрические потребители, такие как система кондиционирования воздуха, предъявляют дополнительные требования в отношении крутящего момента.

Подсистема управления величиной крутящего момента (ТБ)

Переменное значение требуемого крутящего момента, определенное системой ТО, потребности трансмиссии, потребности динамики движения и прочие потребности двигателя (например, нагрев каталитического нейтрализатора) координируются в подсистеме управления величиной крутящего момента. Результатом является определение общего требуемого крутящего момента двигателя внутреннего сгорания.

Исходя из значения общего крутящего момента, генерируются заданные значения объема заряда топлива, впрыска топлива и момента зажигания.

Объем заряда вводится как относительная масса воздуха. Относительная масса воздуха (стандартизованная для всех классов двигателей) представляет собой отношение фактической массы воздуха в цилиндре к максимально возможной массе воздуха при данной частоте вращения коленчатого вала.

Заданное значение момента зажигания описывается углом опережения зажигания.

Снижение крутящего момента может производиться посредством пропуска впрысков топлива (например, в соответствии с требованиями системы контроля тягового усилия). С этой целью определяется количество пропусков впрыска.

В системах с прямым впрыском топлива можно задать режимы работы на обедненной смеси (например, с послойным распределением заряда топлива в камере сгорания). В этих режимах работы также можно задать значение крутящего момента двигателя посредством ввода заданного значения коэффициента избытка воздуха Я.

Исходя из значений сигналов различных датчиков, физические модели генерируют требуемое фактическое значение крутящего момента на сцеплении. Это значение фактического крутящего момента используется для контроля системы Motronic, а также требуется для других систем, таких как системы управления трансмиссией.

Подсистема управления воздухоподачей (AS) Относительное значение массы воздуха, введенное из подсистемы управления величиной крутящего момента, преобразуется в конкретное количество, требуемое для исполнительных устройств, используемых для регулирования количества подаваемой в цилиндры смеси.

Основным исполнительным устройством является дроссельная заслонка. Для вычисления угла открытия дроссельной заслонки, исходя из заданного значения массы воздуха, используются модели. В свою очередь, исходя из значения угла открытия, осуществляется управление приводом дроссельной заслонки с использованием широтно-импульсной модуляции.

Имеются подсистемы, в которых основным методом регулирования является активация впускных и выпускных клапанов. В таких системах Дроссельная заслонка обычно остается постоянно открытой. Только в особых случаях (например, в аварийном режиме) дроссельная заслонка используется в качестве регулятора заряда смеси.

В случае двигателей с турбонаддувом также учитывается активация перепускной заслонки нагнетателя, приводимого в действие отработавшими газами, или управле- ^Ние нагнетателем с механическим приводом.

Еще одним видом исполнительных устройств являются системы регулирования положения Распределительных валов и клапаны системы Рециркуляции отработавших газов.

Кроме того, определяется фактическая те- ^кУщая величина заряда смеси, подаваемого ^Цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Щпя этой цели в качестве основных перемен- ^НЬ1Х используются сигналы датчиков темпе- ^РатУРы и давления во впускном трубопроводе.

Подсистема топливной системы (FS) функцией топливной системы является по- Jtäna топлива из топливного бака в топливную магистраль в требуемом количестве и под ^РеДписанным давлением.

Используя текущее фактическое значение заряда смеси, давление топлива в топливной магистрали и впускном трубопроводе, и продолжительность открытия форсунок вычисляются, исходя из заданного значения Я.

В целях оптимизации состава топливновоздушной смеси топливные форсунки активируются синхронно с углом поворота коленчатого вала.

Долгосрочная адаптация фактического значения Я обеспечивает повышение точности дозирования топлива.

Подсистема системы зажигания (/в) Результирующий момент (угол) опережения зажигания вычисляется, исходя из заданного значения входного сигнала зажигания, условий работы двигателя и внешних воздействий (например, системы контроля детонации). Таким образом, искра генерируется на электродах свечи зажигания в требуемый момент.

Угол опережения зажигания устанавливается таким образом, чтобы двигатель работал с оптимальным расходом топлива. Подсистема отступает от этого принципа только в некоторых особых ситуациях (например, при нагреве каталитического нейтрализатора или быстром снижении крутящего момента во время переключения передач).

Система предотвращения детонации непрерывно контролирует процесс сгорания топлива в цилиндрах. Она обеспечивает работу двигателя с оптимальным расходом топлива, вблизи порога возникновения детонации. В то же время система позволяет избежать повреждений, обычно вызываемых детонацией. Система предупреждения детонации подлежит непрерывному мониторингу с тем, чтобы в случае неисправности момент опережения зажигания мог быть скорректирован надлежащим образом и установлен на достаточном расстоянии от порога возникновения детонации.

Подсистема системы выпуска отработавших газов (Е!>)

В этой подсистеме выполняется вычисление воздействий в замкнутой или разомкнутой системах регулирования, необходимых для обеспечения оптимальной работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Состав топливно-воздушной смеси должен регулироваться в узком диапазоне, вблизи стехиометрического соотношения воздух/топливо.

Подсистема также осуществляет мониторинг каталитического нейтрализатора. В качестве основы для этого мониторинга служат

сигналы датчиков системы выпуска отработавших газов (например, кислородного датчика).

Функция защиты компонентов предотвращает тепловую перегрузку системы выпуска отработавших газов. Фактические значения температур в системе выпуска отработавших газов, требуемые для этой цели, обычно моделируются.

В режиме работы на обедненной смеси с послойным распределением заряда топлива (в случае бензинового двигателя с прямым впрыском топлива) также регулируется состав топливно-воздушной смеси с целью обеспечения оптимальной работы каталитического нейтрализатора N0* аккумуляторного типа.

Подсистема координации режимов работы двигателя (СЕ)

В случае бензинового двигателя с прямым впрыском топлива подсистема координирует и переключает режимы работы двигателя (например, работа с гомогенной смесью или послойным распределением заряда топлива в камере сгорания). Для определения требуемого режима работы необходимо координировать потребности различных функций на основе определенных приоритетов.

Подсистема рабочих данных (00)

Подсистема рабочих данных оценивает значения переменных величин, характеризующих состояние двигателя (например, частоты вращения коленчатого вала, температуры), выполняет цифровую обработку сигналов и проверку достоверности и делает результат доступным для других подсистем.

Адаптация допусков определения частоты вращения позволяет более точно регулировать впрыск топлива и момент зажигания.

Определяется необходимость в пропусках зажигания в качестве функции защиты каталитического нейтрализатора.

Подсистема управления вспомогательными агрегатами (АС)

В систему управления двигателем часто встраиваются такие дополнительные функции, как управление компрессором кондиционера воздуха, управление вентилятором или регулирование температуры двигателя. Эти функции координируются в подсистеме управления вспомогательными агрегатами.

Подсистема обмена данными (СО) Электрическая сеть автомобиля содержит большое количество других систем (напри-

мер, система управления трансмиссией или электронная система курсовой устойчивости), а также систему Motronic. Обмен данными между системами осуществляется через стандартизованные интерфейсы (например, по шине CAN).

Кроме того, сигналы из системы управления двигателем могут считываться диагностическими тестерами, при помощи которых также можно выполнять определенные настройки исполнительных устройств.

Подсистема системы диагностики (DS) Работоспособность системы Motronic непрерывно контролируется подсистемой системой диагностики. Функции этой подсистемы диагностики включают проверку электрических цепей и проверку достоверности сигналов посредством сравнения сигналов датчиков с моделями. Неисправности сохраняются в памяти и надлежащим образом обрабатываются (например, им присваиваются «временные отметки») В дальнейшем все неисправности можно просмотреть при помощи диагностического тестера. Некоторые диагностические функции доступны только при определенных граничных условиях (например, в определенных диапазонах температуры или нагрузки). Также существуют диагностические функции, которые должны выполняться в определенной последовательности. Координация этих последовательностей также осуществляется системой диагностики.

Подсистема мониторинга (МО)

Мониторингу подлежат электронные системы автомобиля. Основной функцией подсистемы является сравнение величин крутящего момента. При этом сравнивается величина допустимого крутящего момента, вычисляемая, исходя из величины задания, т.е. сигнала, выдаваемого водителем, с величиной фактического крутящего момента, вычисляемого, исходя из параметров двигателя

На следующих уровнях мониторингу подлежат ядро процессора и его периферийные устройства.

Подсистема управления системой (SC) Подсистема осуществляет адаптацию системы Motronic. Перед вычислением отдельных функций необходимо обеспечить наличие соответствующих инфраструктур. Для оптимизации использования ресурсов («машинного времени») требуются различные алгоритмы вычислений (например, алгоритмы с синхронизацией по углу опережения зажигания или времени)

Определенные функции (например, функциональная диагностика выходных каскадов) выполняются перед пуском двигателя. Функция последовательного управления также управляет операциями сброса и повторного запуска электронного блока управления (ECU).

Подсистема системной документации (SD)

В дополнение к функциям замкнутого или разомкнутого регулирования, выполняемым системой Motronic, для детального описания конкретного проекта требуются многочисленные документы. Эти документы включают описания аппаратуры и программного обеспечения ECU, монтажные схемы, данные двигателя, описания компонентов и назначения контактов разъемов.

Версии системы Motronic

Первоначально система Motronic включала электронные системы управления впрыском топлива и зажигания, объединенные в одном блоке управления. В дальнейшем, в связи с постоянным ужесточением требований к ограничению токсичности отработавших газов, снижению расхода топлива и уровням комфорта и безопасности система постепенно приобретала все новые функции. Примерами этих дополнительных функций являются:

- регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу;

~ регулирование коэффициента избытка воздуха А;

- управление системой улавливания паров топлива;

~ управление системой рециркуляции отработавших газов с целью снижения содержания N0* и расхода топлива;

~ Управление системой подачи дополнительного воздуха с целью снижения количества выбросов НС на стадиях пуска и прогрева Двигателя;

~ Управление турбокомпрессором, приводимым в действие отработавшими газами ^и впускным трубопроводом с изменяемой геометрией с целью улучшения рабочих характеристик двигателя;

Регулирование положения распределительного вала с целью снижения токсичности отработавших газов и улучшения Рабочих характеристик двигателя;

- защита компонентов (например, контроль детонации, ограничение частоты вращения коленчатого вала, регулирование температуры двигателя).

Система управления двигателем Motronic, со времени ее первого появления в 1979 году, подверглась существенным усовершенствованиям. В дополнение к электронным системам многоточечного впрыска топлива были разработаны следующие, более простые и экономичные системы, позволяющие использовать систему Motronic на автомобилях среднего класса и компактных автомобилях:

- система KE-Motronic на основе системы непрерывного впрыска топлива KE-Jetronic;

- система Mono-Motronic на основе системы одноточечного впрыска топлива Мопо- Jetronic.

В настоящее время на новых автомобилях устанавливаются только многоточечные системы впрыска топлива:

- система M-Motronic для управления зажиганием и впрыском топлива в системах впрыска топлива во впускной трубопровод с обычными дроссельными заслонками. Однако, эта система Motronic становится все менее популярной;

- система ME-Motronic с электронной системой управления дроссельной заслонкой (ЕТС) для управления впрыском топлива, зажиганием и воздухозабором для систем впрыска топлива во впускной трубопровод (см. рис. 4);

- система Dl-Motronic (прямого впрыска топлива) с дополнительными функциями замкнутого или разомкнутого регулирования для систем прямого впрыска топлива высокого давления на бензиновых двигателях и реализации различных режимов работы двигателей этого типа (рис. 5);

- двухтопливная система Bifuel-Motronic, предназначенная для управления компонентами, необходимыми для работы двигателя на бензине или природном газа (см. главу «Двигатели, работающие на природном газе»).