Управление составом смеси с обратной связью по содержанию кислорода в отработавших газах.

Поэтапное ужесточение в странах Европы норм на выброс токсичных веществ легковыми автомобилями уже в начале 90-х годов привел к широкому использованию бифункциональных каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Для эффективной работы таких нейтрализаторов система управления двигателем должна обеспечивать поддержание стехиометрического состава смеси с высокой точностью. Решение этой задачи возможно только за счет использования систем топливоподачи с обратной связью по содержанию кислорода в отработавших газах. Основным элементом таких систем является кислородный датчик, обеспечивающий возможность с высокой точностью контролировать наличие отклонения от стехиометрического состава топливовоздушной смеси как в «бедную», так и в «богатую» области. Наиболее распространенными являются кислородные датчики на основе керамики из диоксида циркония. Выходной сигнал циркониевого кислородного датчика характеризуется резким изменением уровня напряжения от 0,75…0,85В в области богатой смеси до 0,05…0,1В в области бедной смеси. Сигнал кислородного датчика поступает на блок управления, который при его напряжении выше 0,45В интерпретирует состав смеси как «богатый», а при напряжении ниже 0,45В – как «бедный».

На приведенном ниже рисунке 1 показан используемый на современных системах алгоритм управления топливоподачей с обратной связью по содержанию кислорода в отработавших газах. Линия STFT на рисунке характеризует величину текущей коррекции топливоподачи по сигналу кислородного датчика. Чем больше величина указанной коррекции, тем больше увеличивается длительность импульсов управления топливоподачей, и наоборот. Линия «λ» характеризует изменение напряжения сигнала кислородного датчика в цикле управления топливоподачей (низкий или высокий уровни, характеризующие соответственно «бедный» или «богатый» составы смеси).

Рис. 64.1

К числу настраиваемых параметров управления относятся степень увеличения топливоподачи при нахождении в области бедной смеси (Increase Rate) и степень уменьшения топливоподачи при нахождении в области богатой смеси (Decrease Rate). Настраиваемые параметры Step+ и Step- обеспечивают быстрый возврат состава смеси к λ=1 при изменении величины сигнала кислородного датчика, способствуя снижению продолжительности периода Т цикла управления топливоподачей и повышению эффективности работы каталитического нейтрализатора.

К числу параметров, характеризующих свойства объекта управления (двигателя), относятся транспортная задержка реакции кислородного датчика на изменение состава смеси (Transport Delay - TD) из области бедной смеси в область богатой смеси и наоборот. Данные задержки TD определяют период управления Т, при этом для данного примера значение T=2TD.

Реализуемый на основе данного алгоритма цикл управления топливоподачей характеризуется величинами амплитуд «А+» и «А-» отклонения состава смеси от λ=1, не оказывающими влияние на быстродействие системы и зависящими только от выбора величин параметров «Increase Rate» и «Decrease Rate». Обычно величины А+ и А- составляют 2-3%, а величина Т – от 2 до 0,5 сек.

Весьма важным вопросом при обеспечении эффективной работы бифункционального нейтрализатора отработавших газов является выбор смещения средней величины состава смеси от λ=1. Обычно величина такого смещения должна составлять до 0,005-0,010 λ в область богатой смеси и определяется свойствами конкретного типа нейтрализатора (рис.2).

Путем выбора различных значений величин S+ (Step +) и S- (Step-) (рис.3.) удается сместить поддерживаемое системой среднее значение состава смеси. Если S+ > S-, среднее значение состава смеси в цикле регулирования топливоподачи смещается в область богатой смеси (площадь SqR оказывается больше площади SqL), обеспечивая предпосылки для повышения эффективности работы каталитического нейтрализатора по выбросам NOx при относительно небольшом снижении его эффективности по выбросам СО и СН.

Рис.64.2 Эффективность

Рис.64.3 Каталитического нейтрализатора