Блок управления двигателем

редактировать
Блок управления двигателем 1996 года Chevrolet Beretta.

Блок управления двигателем (ECU ), также обычно называемый модулем управления двигателем (ECM ) или модулем управления трансмиссией (PCM), является типом электронный блок управления, который управляет серией исполнительных механизмов на двигателе внутреннего сгорания для обеспечения оптимальной производительности двигателя. Это достигается путем считывания значений с множества датчиков в моторном отсеке, интерпретации данных с использованием многомерных карт производительности (называемых справочными таблицами ) и настройки приводов двигателей. До появления блоков управления двигателем воздушно-топливная смесь, угол опережения зажигания и частота вращения холостого хода задавались механически и динамически регулировались с помощью механических и пневматических средств.

Если ЭБУ контролирует линии топлива, то это называется электронной системой управления двигателем (EEMS ). Система впрыска топлива играет главную роль в управлении подачей топлива в двигатель. Весь механизм EEMS контролируется набором датчиков и исполнительных механизмов.

Содержание

  • 1 Принцип работы
    • 1.1 Управление соотношением воздух-топливо
    • 1.2 Управление холостым ходом
    • 1.3 Управление изменением фаз газораспределения
    • 1.4 Электронное управление клапанами
  • 2 Программируемость
  • 3 Датчики и исполнительные механизмы
  • 4 История
    • 4.1 Ранние разработки
    • 4.2 Гибридные цифровые конструкции
  • 5 Современный дизайн
  • 6 Другие приложения
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Принцип работы

Управление соотношением воздух-топливо

В большинстве современных двигателей используется какой-либо тип впрыска топлива для подачи топлива в цилиндры. ЭБУ определяет количество впрыскиваемого топлива на основании ряда показаний датчиков. Кислородные датчики сообщают ЭБУ, работает ли двигатель на богатой (слишком много топлива или слишком мало кислорода) или бедной (слишком много кислорода или слишком мало топлива) по сравнению с идеальными условиями (известными как стехиометрические). датчик положения дроссельной заслонки сообщает ЭБУ, насколько открыта дроссельная заслонка при нажатии на акселератор (педаль газа ). Массовый датчик расхода воздуха измеряет количество воздуха, поступающего в двигатель через дроссельную заслонку. датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя определяет, прогрет двигатель или нет. Если двигатель еще холодный, будет произведен впрыск дополнительного топлива.

Управление топливовоздушной смесью карбюраторов с помощью компьютеров разработано по аналогичному принципу, но соленоид управления смесью или шаговый двигатель встроены в поплавок карбюратора.

Управление частотой вращения холостого хода

Большинство систем двигателя имеют управление частотой вращения холостого хода, встроенное в ЭБУ. Обороты двигателя контролируются датчиком положения коленчатого вала, который играет основную роль в функциях синхронизации двигателя для впрыска топлива, событий искры и фаз газораспределения. Скорость холостого хода регулируется с помощью программируемого упора дроссельной заслонки или шагового двигателя, управляющего перепуском воздуха на холостом ходу. В ранних карбюраторных системах использовался программируемый упор дроссельной заслонки с двунаправленным двигателем постоянного тока . В ранних системах впрыска в корпус дроссельной заслонки (TBI) использовался регулятор холостого хода шаговый двигатель. Эффективное управление частотой вращения холостого хода должно учитывать нагрузку на двигатель на холостом ходу.

Полнофункциональная система управления дроссельной заслонкой может использоваться для управления скоростью холостого хода, обеспечения функций круиз-контроля и ограничения максимальной скорости. Он также контролирует секцию ECU на предмет надежности.

Управление изменением фаз газораспределения

Некоторые двигатели имеют изменение фаз газораспределения. В таком двигателе ЭБУ контролирует время в цикле двигателя, когда открываются клапаны. Клапаны обычно открываются раньше при более высокой скорости, чем при более низкой. Это может увеличить поток воздуха в цилиндр, увеличивая мощность и экономию топлива.

Электронное управление клапанами

Были изготовлены и испытаны экспериментальные двигатели, которые не имеют распределительного вала, но имеют полное электронное управление открытием впускного и выпускного клапана, закрытием клапана и площадью открытия клапана. Такие двигатели могут запускаться и работать без стартера для некоторых многоцилиндровых двигателей, оснащенных прецизионным электронным зажиганием и впрыском топлива. Такой двигатель со статическим запуском обеспечил бы повышение эффективности и снижение загрязнения окружающей среды мягким гибридным электрическим приводом, но без затрат и сложности, как у крупногабаритного стартера.

Первое производство Двигатель этого типа был изобретен (в 2002 г.) и представлен (в 2009 г.) итальянским автопроизводителем Fiat в модели Alfa Romeo MiTo. В их двигателях Multiair используется электронное управление клапанами, которое значительно улучшает крутящий момент и мощность, снижая при этом расход топлива на 15%. В основном, клапаны открываются гидравлическими насосами, которыми управляет блок управления двигателем. Клапаны могут открываться несколько раз за такт впуска в зависимости от нагрузки двигателя. Затем ЭБУ решает, сколько топлива нужно впрыснуть для оптимизации сгорания.

В условиях постоянной нагрузки клапан открывается, топливо впрыскивается и клапан закрывается. При резком увеличении дроссельной заслонки клапан открывается на том же такте впуска и впрыскивается большее количество топлива. Это обеспечивает немедленное ускорение. Для следующего хода ЭБУ рассчитывает нагрузку на двигатель при новых, более высоких оборотах и ​​решает, как открыть клапан: рано или поздно, полностью или частично. Всегда достигается оптимальное открытие и время, а сгорание происходит с максимальной точностью. Это, конечно, невозможно с обычным распределительным валом, который открывает клапан на весь период впуска и всегда на полный подъем.

Исключение кулачков, подъемников, коромысел и комплекта синхронизации снижает не только вес и габариты, но и трение. Значительная часть мощности, которую фактически производит двигатель, расходуется только на привод клапана в движение, сжимая все эти клапанные пружины тысячи раз в минуту.

Когда работа электронного клапана станет более совершенной, она принесет еще больше преимуществ. Деактивацию цилиндра, например, можно было бы сделать гораздо более экономичным, если бы впускной клапан мог открываться при каждом ходе вниз, а выпускной клапан открывался при каждом ходе деактивированного цилиндра или «мертвой дыры». Еще одним еще более значительным достижением станет отказ от обычного дросселя. Когда автомобиль работает с частично открытой дроссельной заслонкой, это прерывание воздушного потока вызывает избыточный вакуум, который заставляет двигатель использовать ценную энергию, действуя как вакуумный насос. BMW попыталась обойти это на своем M5 с двигателем V-10, у которого были отдельные дроссельные заслонки для каждого цилиндра, расположенные непосредственно перед впускными клапанами. При работе с электронным клапаном можно будет управлять частотой вращения двигателя, регулируя подъем клапана. При частичном открытии дроссельной заслонки, когда требуется меньше воздуха и газа, подъем клапана не будет таким большим. Полный газ достигается, когда педаль газа нажата, отправляя электронный сигнал в ЭБУ, который, в свою очередь, регулирует подъем каждого клапана и открывает его полностью.

Программируемость

Специальная категория ЭБУ - это те, которые программируются; эти блоки могут быть перепрограммированы пользователем.

При модификации двигателя для включения в него компонентов вторичного рынка или обновления стандартные ЭБУ могут или не могут обеспечить правильный тип управления для приложений, в которых может использоваться двигатель. Чтобы приспособиться к модификации двигателя, можно использовать программируемый ЭБУ вместо ЭБУ, поставляемого с завода. Типичные модификации, которые могут потребовать обновления ЭБУ, могут включать турбонаддув, наддув или и то, и другое, безнаддувный двигатель; модернизация системы впрыска топлива или свечей зажигания, модификация или модернизация выхлопной системы, модернизация трансмиссии и т. д. Программирование ЭБУ обычно требует сопряжения блока с настольным или портативным компьютером; этот интерфейс необходим для того, чтобы компьютер программирования мог отправлять полные настройки двигателя в блок управления двигателем, а также отслеживать состояние двигателя в реальном времени. В этом интерфейсе обычно используются соединения USB или последовательный.

. Изменяя эти значения во время контроля выхлопных газов с помощью широкополосного лямбда-зонда, специалисты по настройке двигателя могут определить оптимальный расход топлива в зависимости от оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки. Этот процесс часто выполняется на заводе по производству двигателей. динамометр обычно находится в этих местах; Эти устройства могут предоставить специалисту по настройке двигателя полезную информацию, такую ​​как частота вращения двигателя, выходная мощность, выходной крутящий момент, события переключения передач и т. д. Специалисты по настройке часто используют динамометрический стенд для уличных и других высокопроизводительных работ.

Параметры настройки двигателя могут включать в себя объем впрыска топлива, отображение дроссельной заслонки -объема топлива , отображение переключения передач и т.д. Хотя упомянутые параметры являются общими, некоторые ЭБУ могут предоставлять другие переменные, которые программа настройки потенциально может изменить. Эти параметры включают:

ЭБУ гоночного уровня часто оснащается регистратором данных для записи всех данных датчиков для последующего анализа. Это может быть полезно для определения остановки двигателя, пропусков зажигания или другого нежелательного поведения во время гонки. Регистратор данных обычно имеет емкость от 0,5 до 16 мегабайт.

. Для связи с водителем гоночный ЭБУ часто можно подключить к «стеку данных», который представляет собой простую приборную панель, на которой водитель текущие обороты, скорость и другие основные данные двигателя. Эти стеки данных, которые почти всегда являются цифровыми, взаимодействуют с ЭБУ с помощью одного из нескольких протоколов, включая RS-232 или CANbus. Затем информация передается через интерфейс передачи данных, который обычно находится под рулевой колонкой.

Датчики и исполнительные механизмы

Датчики расхода воздуха, давления, температуры, скорости, кислорода в выхлопных газах * детонации и датчик положения угла поворота коленчатого вала очень важны для EEMS. датчики

История

Ранние разработки

Одна из самых ранних попыток использования такого унифицированного и автоматизированное устройство для одновременного управления несколькими функциями управления двигателем было Kommandogerät, созданное BMW в 1939 году для их 801 14-цилиндрового авиационного радиального двигателя. Это устройство заменило 6 органов управления, используемых для инициирования резкого ускорения, на один элемент управления в самолетах серии 801. Тем не менее, у него были некоторые проблемы: он приводил в движение двигатель, что делало полет в тесном строю Fw 190 (Focke-Wulf Fw 190 Wurger), одноместный одноместный немецкий истребитель, несколько затруднительным, и сначала он включал нагнетатель. резко и беспорядочно переключает передачи, что может привести к чрезвычайно опасному сваливанию самолета.

Разработка интегральных схем и микропроцессоров сделала управление двигателем экономически целесообразным в 1970-х годах. В начале 1970-х годов японская электронная промышленность начала производить интегральные схемы и микроконтроллеры для управления двигателями в японских автомобилях. Система Ford EEC (Electronic Engine Control), в которой использовался микропроцессор Toshiba TLCS-12, была запущена в массовое производство в 1975 году.

Гибридные цифровые конструкции

Гибридные цифровые или аналоговые конструкции были популярны в середине 1980-х годов. При этом использовались аналоговые методы для измерения и обработки входных параметров от механизма, а затем использовалась справочная таблица , хранящаяся в цифровой микросхеме ROM, для получения предварительно вычисленных выходных значений. Более поздние системы вычисляют эти выходные данные динамически. Система типа ROM поддается настройке, если кто-то хорошо знает систему. Недостатком таких систем является то, что предварительно вычисленные значения оптимальны только для идеализированного нового двигателя. Поскольку двигатель изнашивается, система может быть менее способной к компенсации по сравнению с другими конструкциями.

Современный дизайн

В современных ЭБУ используется микропроцессор, который может обрабатывать входные данные от датчиков двигателя в реальном времени. Электронный блок управления содержит аппаратное и программное обеспечение (прошивка ). Аппаратное обеспечение состоит из электронных компонентов на печатной плате (PCB), керамической подложке или тонкой слоистой подложке. Основным компонентом этой печатной платы является микросхема микроконтроллера (MCU). Программное обеспечение хранится в микроконтроллере или других микросхемах на печатной плате, обычно в EPROM или флэш-памяти, поэтому ЦП можно перепрограммировать, загрузив обновленный код или заменив микросхемы. Это также называется (электронной) системой управления двигателем (EMS).

Эталонная архитектура ЭБУ Эталонная архитектура ЭБУ

Сложные системы управления двигателем получают входные данные от других источников и управляют другими частями двигателя; например, некоторые системы изменения фаз газораспределения имеют электронное управление, а также можно управлять заслонками турбокомпрессора. Они также могут связываться с блоками управления трансмиссией или напрямую связываться с электронно управляемыми автоматическими трансмиссиями, системами контроля тяги и т.п. Контроллерная сеть или автомобильная сеть с шиной CAN часто используются для обеспечения связи между этими устройствами.

Современные ЭБУ иногда включают такие функции, как круиз-контроль, управление коробкой передач, противоскользящее управление тормозом, противоугонное управление и т. Д.

General Motors '(GM Первые ЭБУ имели небольшое применение гибридных цифровых ЭБУ в качестве пилотной программы в 1979 году, но к 1980 году все активные программы использовали системы на основе микропроцессоров. Из-за значительного увеличения объема ЭБУ, которые были произведены в соответствии с требованиями Закона о чистом воздухе 1981 года, только одна модель ЭБУ могла быть построена для 1981 модельного года. ЭБУ большого объема, который устанавливался в автомобилях GM с первого года выпуска большого объема, в 1981 году, был современной системой на основе микропроцессора. GM быстро перешла на замену карбюратора на впрыск топлива в качестве предпочтительного метода подачи топлива для автомобилей, которые он производил. Этот процесс впервые был реализован в 1980 году с инжекторными двигателями Cadillac, за которыми последовали Pontiac 2.5L I4 "Iron DukeChevrolet 5.7. L V8 L83 Двигатель "Cross-Fire", установленный на Chevrolet Corvette в 1982 году. Cadillac Bestive 1990 года выпуска с двигателем Oldsmobile 5.0L V8 LV2 двигатель был последним карбюраторным легковым автомобилем, выпущенным для продажи на североамериканском рынке (модель Volkswagen Beetle 1992 года с карбюраторным двигателем была доступна для покупки в Мексика, но не предлагалась для продажи в Соединенных Штатах или Канаде ), и к 1991 году GM был последним из крупнейших автопроизводителей США и Японии, отказавшихся от карбюрации и производства все свои легковые автомобили исключительно с двигателями с впрыском топлива. В 1988 году Delco (подразделение электроники GM) производила более 28000 ЭБУ в день, что сделало ее крупнейшим в мире производителем бортовых компьютеров с цифровым управлением. Тим e.

Другие приложения

Такие системы используются для многих двигателей внутреннего сгорания в других приложениях. В авиационных приложениях системы известны как «FADECs » (Полнофункциональные цифровые средства управления двигателем). Этот вид электронного управления менее распространен в легких самолетах и ​​вертолетах с поршневым двигателем, чем в автомобилях. Это связано с общей конфигурацией карбюраторного двигателя с системой зажигания от магнита, которая не требует для работы электроэнергии, вырабатываемой генератором , что считается преимущество безопасности.

См. также

Справочная информация

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-19 10:42:53
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте