В статье рассмотрены: схема системы управления двигателем V10-TDI, регулирование цикловой дозы впрыскиваемого топлива, регулирование опережения подачи топлива, рециркуляция отработавших газов, регулирование давления наддува, свечи накаливание, регулирование частоты вращения холостого хода, сглаживание неравномерности работы цилиндров, активное подавление колебаний в трансмиссии, ограничение максимальной частоты вращения, регулирование скорости автомобиля, датчики, исполнительные устройства.
Схема системы управления двигателем V10-TDI
.jpg)
Регулирование цикловой дозы впрыскиваемого топлива
F8 — включатель режима интенсивного разгона (Kick-down)
F60 — датчик перехода на холостой ход
G28 — датчик частоты вращения коленчатого вала
G42 — датчик температуры воздуха на впуске в цилиндры
G62 — датчик температуры охлаждающей жидкости
G70 — измеритель массового расхода воздуха
G79 — датчик положения педали акселератора
G81 — датчик температуры топлива
J623 — блок управления двигателем 1 (первый ряд цилиндров)
J624 — блок управления двигателем 2 (второй ряд цилиндров)
N240...N244 — электромагнитные клапаны насосфорсунок цилиндров 1—5 первого ряда
A — высотный датчик
От количества впрыскиваемого топлива непосредственно зависят важнейшие параметры двигателя: крутящий момент, мощность, расход топлива, выброс вредных веществ, а также его механическая и термическая нагрузка. Регулирование цикловой дозы впрыскиваемого топлива позволяет оптимизировать процесс сгорания на всех эксплуатационных режимах работы двигателя.
Принцип действия
Необходимое значение крутящего момента складывается из момента, требуемого для преодоления внутренних потерь, и момента, требуемого для привода авто. Каждому значению крутящего момента соответствует определенная доза впрыскиваемого в цилиндры топлива. Блок управления двигателем рассчитывает дозу впрыскиваемого топлива с учетом следующих факторов:
- положения педали акселератора,
- частоты вращения вала двигателя,
- массы поступающего в цилиндры воздуха,
- температуры охлаждающей жидкости,
- температуры топлива и
- температуры воздуха на впуске в цилиндры.
Максимальная доза впрыскиваемого топлива должна ограничиваться из условий механической прочности деталей двигателя и бездымного сгорания. Поэтому блок управления рассчитывает максимально допустимую дозу впрыскиваемого топлива.
Максимальная цикловая доза топлива зависит от:
- частоты вращения коленчатого вала,
- поступающей в цилиндры массы воздуха,
- давления наддува.
Описанные в данной статье подсистемы представлены на примере двигателя V10-TDI автомобиля Phaeton.
Как уже было показано на схеме системы управления, описание систем приводится только для первого ряда цилиндров. Соответственно этому упоминаются только компоненты, входящие в описываемую подсистему.
Регулирование опережения подачи топлива
G28 — датчик частоты вращения коленчатого вала
G42 — датчик температуры воздуха на впуске в цилиндры
G62 — датчик температуры охлаждающей жидкости
J623 — блок управления двигателем 1 (первый ряд цилиндров)
J624 — блок управления двигателем 2 (второй ряд цилиндров)
N240...N244 — электромагнитные клапаны насос-форсунок цилиндров 1—5 первого ряда
A — высотный датчик
Опережение подачи топлива влияет на ряд параметров двигателя, а именно, на мощность, расход топлива, шум и не в последнюю очередь на выброс вредных веществ. Задачей системы регулирования опережения подачи топлива является определение оптимальной его величины для каждого данного режима работы двигателя.
Эта система работает следующим образом:
Блок управления рассчитывает угол опережения подачи топлива.
Требуемое его значение зависит от:
- частоты вращения коленчатого вала и
- дозы впрыскиваемого топлива, определенной в процессе ее регулирования.
К другим влияющим параметрам относятся:
- температура охлаждающей жидкости и
- давление наддува.
Чтобы правильно рассчитать угол опережения подачи топлива, нужно определить фактическое значение начала впрыска. Для этого блок управления двигателем следит за величиной тока, проходящего через обмотку клапана насос-форсунки. По протеканию величины тока производится выделение сигнала обратной связи, свидетельствующего о начале подачи топлива и соответственно о начале его впрыска.
Принцип действия
Начало впрыска топлива определяется моментом подачи напряжения на обмотку клапана насос-форсунки. При этом создается электромагнитное поле, ток растет и клапан закрывается. При посадке клапана на его седло возникает излом на линии протекания тока. Эта точка обозначается аббревиатурой BIP (Beginn of Injektion Per iod). Посредством определения BIP блок управления двигателем "узнает" о полном закрытии насос-форсунки и соответствующем ему начале впрыска.
После закрытия клапана величина тока стабилизируется и устанавливается на уровне величины удержания. По истечении желаемого времени впрыска топлива клапан открывается в результате прекращения подачи напряжения на его обмотку. Определение фактического момента закрытия клапана насос-форсунки или же соответствующего ему момента BIP необходимо для расчета начала подачи управляющего напряжения при каждом следующем впрыске топлива.
Если фактическое опережение впрыска отличается от запрограммированной многопараметровой характеристики, сохраняемой в памяти блока управления, последний производит соответствующую коррекцию.
Чтобы определить исправность клапана, блок управления двигателем следит за положением точки BIP на линии тока. Если клапан исправен, точка BIP находится в границах регулируемого процесса; в ином случае фиксируется его неисправность.
Ток через обмотку клапана насос-форсунки
Последствия при отсутствии сигнала
При обнаружении неисправности клапана управление началом подачи производится строго по значениям многопараметровой характеристики. Регулирование при этом не производится, а мощность двигателя падает.
Рециркуляция отработавших газов
G28 — датчик частоты вращения коленчатого вала
G39 — датчик кислорода
G62 — датчик температуры охлаждающей жидкости
G70 — измеритель массового расхода воздуха
J623 — блок управления двигателем 1
J624 — блок управления двигателем 2
N18 — клапан управления рециркуляцией отработавших газов
N240...N244 — клапаны насос-форсунок цилиндров 1—5
N345 — клапан управления перепуском газов через охладитель
V157 — электродвигатель привода впускной заслонки
A — высотный датчик
B — охладитель перепускаемых газов (на двигателе V10-TDI автомобиля Phaeton)
C — заслонка охладителя перепускаемых газов
D — вакуумный привод
E — впускная заслонка
F — клапан перепуска ОГ
G — предварительный нейтрализатор
H — вакуумный насос
I — охладитель наддувочного воздуха
При рециркуляции отработавших газов (ОГ) их часть возвращается в цилиндры двигателя и повторно участвует в процессах сгорания. Так как в отработавших газах содержится очень мало кислорода, максимальная температура при сгорании и образование оксидов азота (NOX) снижаются. Рециркуляция ОГ производится на режимах вплоть до 3000 об/мин.
Принцип действия
Количество перепускаемых газов зависит в основном от частоты вращения коленчатого вала, цикловой дозы впрыскиваемого топлива, поступающей в цилиндры массы воздуха, температуры воздуха на впуске в цилиндры и от давления наддува.
Регулирование рециркуляции посредством кислородного датчика (на двигателе V10-TDI)
У двигателя V10-TDI количество перепускаемых газов корректируется в зависимости от содержания остаточного кислорода в ОГ, измеряемого кислородным датчиком. Сигнал датчика поступает на вход блока управления двигателем. При отклонении содержания кислорода в ОГ от требуемого значения блок управления двигателем вырабатывает команду на открытие или закрытие клапана управления рециркуляцией N18, что влечет за собой соответствующее изменение количества перепускаемых газов. Этот способ позволяет очень точно регулировать количество перепускаемых газов.
- Если доля кислорода в ОГ слишком большая, количество перепускаемых газов увеличивается.
- Если доля кислорода в ОГ слишком маленькая, количество перепускаемых газов уменьшается.
Регулирование рециркуляции по многопараметровой характеристике (на двигателе R5-TDI)
Количество перепускаемых газов у двигателя R5-TDI изменяется в соответствии с многопараметровой характеристикой, записанной в памяти блока управления двигателем. При этом каждому режиму работы двигателя назначена определенная масса поступающего в его цилиндры воздуха. Если фактическая масса воздуха отклоняется от значений многопараметровой характеристики, производится соответствующее изменение интенсивности перепуска газов.
Охлаждение перепускаемых газов
Чтобы классифицировать автомобиль Phaeton с двигателем V10-TDI как транспортное средство с низкой токсичностью отработавших газов, было применено снижение температуры перепускаемых газов в охладителях, подключаемых отдельно к каждому ряду цилиндров. Охлаждение газов производится при температурах охлаждающей жидкости выше 50°С.
Этот способ имеет следующие преимущества:
- дополнительно снижается температура при сгорании и
- создается возможность увеличения количества перепускаемых газов.
В результате снижается выброс вредных веществ и дымность ОГ. Принцип действия Постоянное охлаждение перепускаемых газов нецелесообразно из-за замедления прогрева двигателя и повышенного выброса углеводородов и оксида углерода, поэтому в системе рециркуляции ОГ применяют подключаемые охладители. Газы подводятся к клапану их перепуска через охладитель или в обход его.
Перепуск газов без охлаждения
При температурах охлаждающей жидкости ниже 50°С заслонка охладителя перепускаемых газов закрыта, поэтому они направляются в цилиндры в обход его.
Перепуск газов с охлаждением
Если температура охлаждающей жидкости превысила 50°С, клапан управления открывает заслонку. В результате перепускаемые газы направляются через охладитель. Интенсивность охлаждения при этом зависит от температуры и количества перепускаемых газов.
Регулирование давления наддува
G31 — датчик давления наддува
G42 — датчик температуры воздуха на впуске в цилиндры
G62 — датчик температуры охлаждающей жидкости
G70 — измеритель массового расхода воздуха
J623 — блок управления двигателем 1
J624 — блок управления двигателем 2
N240...N244 — клапаны насос-форсунок цилиндров 1—5
V280— двигатель исполнительного устройства турбокомпрессора 1
A — высотный датчик
B — охладитель перепускаемых газов
C — турбокомпрессор
Давление наддува регулируется в соответствии с многопараметровой характеристикой, сохраняемой в памяти блока управления двигателем.
Принцип действия
Вырабатываемые блоком управления двигателем сигналы передаются через шину CAN силового агрегата на исполнительные устройства турбокомпрессоров. Изменяемый в диапазоне от 0 до 100% управляющий сигнал соответствует рабочему диапазону изменения наклона лопаток направляющего аппарата. Изменяя наклон лопаток, исполнительное устройство воздействует на частоту вращения ротора турбокомпрессора. При этом давление наддува увеличивается или снижается.
Регулирование давления наддува производится в зависимости от требуемого крутящего момента. Система регулирования наддува работает по сигналам датчика давления наддува. Дополнительно к ним используются сигналы датчиков температуры воздуха на впуске в цилиндры и температуры охлаждающей жидкости, а также сигналы высотного датчика. Высотный датчик служит для защиты турбокомпрессора от перегрузок при эксплуатации авто на большой высоте над уровнем моря. По его сигналам давление наддува ступенчато снижается.
Свечи накаливания
Свечи накаливания облегчают пуск двигателя при низких температурах окружающей среды. Они включаются блоком управления двигателем при температурах ниже +9°С. Ток питания к свечам накаливания подается через реле.
Предпусковое включение свечей накаливания
Свечи накаливания включаются при включении электропитания, если температура окружающего воздуха ниже +9°С. При этом загорается контрольная лампа свечей накаливания. После завершения процесса прогрева эта лампа гаснет и двигатель можно запускать.
Включение свечей накаливания при прогреве двигателя
Свечи накаливания действуют после пуска двигателя в поддерживающем режиме. При этом они способствуют снижению шума двигателя, стабилизации частоты вращения холостого хода и снижению выброса углеводородов. Продолжительность включения свечей накаливания после пуска двигателя ограничена четырьмя минутами и частотой вращения коленчатого вала 2500 об/мин. Свечи накаливания после пуска двигателя не включаются, если напряжение на выводах аккумуляторной батареи слишком низкое.
Регулирование частоты вращения холостого хода
Это регулирование заключается в стабилизации определенной частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода двигателя без воздействий посредством педали акселератора. Частота вращения при этом устанавливается на уровне, соотвествующем состоянию двигателя. Например, у холодного двигателя устанавливается более высокая частота вращения холостого хода, чем у горячего.
При регулировании частоты вращения холостого хода учитываются затраты мощности:
- на привод генератора при пониженном напряжении в сети и насоса усилителя руля,
- на привод топливного насоса высокого давления,
- на преодоление внутренних потерь двигателя и
- на привод гидротрансформатора при различных условиях его нагружения.
Принцип действия
Требуемая частота вращения коленчатого вала устанавливается в соответствии с многопараметровой характеристикой, сохраняемой в памяти блока управления двигателем.
Этой характеристикой учитывается информация, поступающая:
- от датчика температуры охлаждающей жидкости,
- нагрузки генератора и
- нагрузки бортовой сети.
Блок управления двигателем изменяет дозу впрыскиваемого топлива до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала не достигнет требуемой величины. Чтобы предотвратить чрезмерный выброс вредных веществ, частоту вращения холостого хода по возможности снижают. При этом, однако, учитываются требования к плавности хода двигателя.
Сглаживание неравномерности работы цилиндров
Сглаживание неравномерности работы цилиндров двигателя позволяет снизить его вибрации при работе на режиме холостого хода. Отдельные цилиндры многоцилиндрового двигателя создают различные крутящие моменты даже при равенстве доз впрыскиваемого в них топлива. Причинами этого могут быть:
- отклонения размеров деталей в пределах допусков,
- различия в степенях сжатия,
- различия в трении поршней и
- отличия гидравлических характеристик компонентов системы подачи топлива.
Следствием различий крутящего момента являются
- повышенная неравномерность вращения коленчатого вала и
- повышенный выброс вредных веществ с ОГ.
Система регулирования плавности хода должна распознавать различия в работе отдельных цилиндров по колебаниям частоты вращения коленчатого вала и сглаживать их, изменяя соответственно цикловые дозы топлива, впрыскиваемого в отдельные цилиндры.
Принцип действия
Неравномерный ход двигателя на холостом ходу распознается по сигналам датчика частоты вращения. Если эти сигналы следуют друг за другом через постоянные промежутки времени, следовательно различия в работе отдельных цилиндров отсутствуют. Если один из цилиндров развивает меньшую мощность, чем другие, поворот коленчатого вала до следующей вспышки длится дольше.
Цилиндр с повышенной мощностью заставляет поворачиваться коленчатый вал между вспышками быстрее. Если блок управления распознает неравномерность хода двигателя, он увеличивает или уменьшает подачу топлива в соответствующие цилиндры до выравнивания вращения коленчатого вала.
Активное подавление колебаний в трансмиссии
Эта система снижает рывки и толчки, которые возникают в приводе автомобиля при резком изменении передаваемого крутящего момента.
Процесс без активного подавления колебаний в трансмиссии
Резкий нажим на педаль акселератора сопровождается скачкообразным увеличением цикловой дозы впрыскиваемого топлива (синяя линия на рисунке). Скачок нагрузки вследствие резкого изменения крутящего момента двигателя может привести к колебаниям в трансмиссии авто (красная линия). Эти колебания воспринимаются пассажирами авто как неприятные изменения ускорения.
Процесс активного подавления колебаний в трансмиссии
При резком нажиме на педаль акселератора нарастание подачи топлива происходит в замедленном темпе (синяя линия). Возникшие в трансмиссии колебания распознаются системой по изменению частоты вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения подача топлива снижается, а при ее снижении подача топлива соответственно увеличивается. Подавленные таким образом колебания в трансмиссии (красная линия) воспринимаются пассажирами существенно легче.
Процесс без активного подавления колебаний в трансмиссии
n — частота вращения коленчатого вала (об/мин)
t — время (с)
V — цикловая доза топлива (куб мм)
Процесс c активным подавлением колебаний в трансмиссии
n — частота вращения коленчатого вала (об/мин)
t — время (с)
V — цикловая доза топлива (куб мм)
При выжатом сцеплении система активного подавления колебаний в трансмиссии отключается. Благодаря этому ускоряются реакции двигателя на команды управления.
Ограничение максимальной частоты вращения
Благодаря ограничению максимальной частоты вращения коленчатого вала предотвращается работа двигателя на режимах, которые могут привести к его повреждению. Поэтому максимальная частота вращения выбирается так, чтобы не допустить длительную работу двигателя на опасных для него скоростных режимах.
Принцип действия системы
При превышении заданной частоты вращения производится последовательное снижение подачи впрыскиваемого в цилиндры топлива. При выходе двигателя на максимальную частоту вращения подача топлива поддерживается на постоянном уровне до тех пор, пока не изменятся условия движения авто. Процесс ограничения частоты вращения протекает достаточно плавно, чтобы не вызвать резкие изменения крутящего момента при разгоне авто.
Регулирование скорости автомобиля
Система регулирования скорости автомобиля (GRA) обеспечивает ее автоматическое поддержание на заданном уровне при отпущенной педали акселератора. Диапазон задаваемых значений скорости зависит от модели автомобиля. Например, у автомобиля Touareg он начинается с 6 км/ч при включенном демультипликаторе и с 20 км/ч при движении в обычном режиме, а у автомобиля Phaeton он начинается всегда с 20 км/ч.
Принцип действия
Задание скорости производится посредством кнопки на многофункциональном рулевом колесе. Сигнал с этой кнопки поступает на вход блока управления двигателем 1 (J623) и передается далее через внутреннюю шину CAN на вход блока управления двигателем 2 (J624). Блоки управления двигателем изменяют подачу топлива таким образом, чтобы поддержать скорость авто на заданном уровне.
