Принципы управления. Четкое понимание процессов работы двигателя, состоящего из множества систем и подсистем, таких как системы управления подачей топлива

Четкое понимание процессов работы двигателя, состоящего из множества систем и подсистем, таких как системы управления подачей топлива, зажигания, охлаждения, смазки и т.д., является важнейшим условием для эффективного поиска неисправностей, качественного ремонта и квалифицированного обслуживания автомобиля.

В общем случае структурную схему управлению двигателем автомобиля можно изобразить в виде, приведенном на рисунке 1.1.

«1,2,3,4,R,P,N»

Рис.1.1 Структурная схема системы управления ДВС автомобиля.

Водитель, как элемент этой системы управления для обеспечения необходимой скорости движения управляет положением дроссельной заслонки ( или рейки ТНВД в дизельных двигателях), что вызывает изменение количества воздуха Qв, поступающего в цилиндры двигателя. Система управления подачей топлива обеспечивает поступление в цилиндры необходимого при этом количества топлива Qт, а система управления зажиганием- обеспечивает воспламенение полученной топливно-воздушной смеси в нужный момент с тем, чтобы получить от двигателя необходимые выходные параметры, такие как обороты коленчатого вала – Nкв , крутящий момент- Мкр или мощность на валу – Р при имеющих место в данный момент возмущающих воздействиях на него, таких как температура, нагрузка, октановое число топлива и т.д.. Коленчатый вал двигателя через коробку переключения передач (КПП), управляемую водителем или автоматическую, через трансмиссию, передает это на колеса, обеспечивая движение автомобиля с желаемой скоростью движения. Если эта скорость отличается от необходимой, водитель вносит коррективы в работу двигателя через изменения подачи воздуха или передачи КПП.

Важнейшими входными параметрами, влияющими на все основные выходные параметры двигателя являются состав топливно-воздушной смеси и качество ее воспламенения.

Для нормальной работы бензинового двигателя необходимо подавать в цилиндры топливно-воздушную смесь определенного объема и состава. На большинстве режимов работы двигателя для полного сгорания 1кг.топлива требуется 14.7кг. воздуха ( или по объему на 1л.топлива требуется примерно 10000л. воздуха). Это отношение (1:14.7) носит химический термин – стехиометрический состав. Отношение реальных масс топлива и воздуха в цилиндрах принято характеризовать коэффициентом избытка воздуха - l ( иногда используется обозначение a ). Этот коэффициент равняется отношению массы воздуха, реально поступившей в цилиндры, к массе воздуха, необходимой для обеспечения стехиометрического состава. Очевидно, что для стехиометрического состава этот коэффициент равен единице. Если двигатель работает на частичной нагрузке, то это отношение может быть изменено в сторону увеличения коэффициента l. Т.е. имеет место избыток воздуха. При этом считается, что:

- для l = 1,05-1,15 смесь обедненная,

- для l =1,2 – 1,25 смесь бедная.

Если коэффициент l =1,1…1,2, то достигается максимальная экономия топлива (до 20%) по сравнению со стехиометрическим составом.

При пуске холодного двигателя или большой нагрузке на него (ускорение автомобиля) необходимо увеличивать подачу топлива, т.е. коэффициент l при этом становится меньше единицы. Принято считать, что при этом смесь :

- для l =0,8-0,95 смесь обогащенная,

- для l =0,4-0,7 смесь богатая.

При значениях l =0,85-0,9 обеспечивается максимальная мощность двигателя (на 10-15% больше чем при стехиометрическом составе).

Кроме этого состав смеси в значительной степени определяет скорость распространения пламени в цилиндре. При l =1,3 скорость приблизительно равна 30м сек, а при l =1,0 скорость –45м сек. В обедненных смесях скорость распространения уменьшается с ростом l. Наибольшей скоростью распространения пламени обладает обогащенная смесь при

l =0,8-0,9. При коэффициенте l меньше 0,7 и больше 1,4 смесь в цилиндре при искровом зажигании не воспламеняется.

Влияние состава смеси на основные характеристики двигателя приведены на рисунках 1.2 и 1.3.

Рис.1.2 График зависимости крутящего момента Мкр и удельного расхода топлива q от коэффициента избытка воздуха

Рис.1.3 График зависимости степени очистки выхлопных газов каталитическим нейтрализатором от коэффициента избытка воздуха

Из этих зависимостей следует, что при изменениях режимов работы двигателя необходимо оперативно и точно регулировать объем и состав топливно-воздушной смеси.

До 70-х годов при конструировании ДВС учитывались в основном мощностные требования. После нефтяных кризисов 70-80-х годов главным критерием стала экономичность двигателя, а в настоящее время – безусловное соблюдение международных норм токсичности выхлопных газов при высокой экономичности и мощности ДВС.

Одновременное выполнение таких противоречивых требований невозможно при использовании механических систем управления подачей топлива, таких как карбюраторы, даже с электронным управлением. Поэтому начиная с середины 70х годов системы впрыскивания топлива стали теснить и наконец вытеснили карбюраторные системы в современных автомобилях.