Электроника в управлении системами двигателя

Управление карбюратором

Электронные системы автоматического управления широко
применяют в управлении большинством механизмов и агрегатов
автомобиля: двигателем, трансмиссией, подвеской, рулевым уп-
равлением, а также процессами торможения, предотвращения
столкновений, развертывания средств пассивной защиты.

Применение технических средств автоматического управления
на автомобиле позволяет сократить расход топлива, уменьшить
токсичность отработавших газов и тем самым улучшить экологи-
ческую обстановку, особенно в крупных городах. Автоматика со-
здает условия для повышения эффективности использования ав-
томобилей за счет увеличения их скорости и пропускной способ-
ности дорог при сохранении требований к безопасности движе-
ния и улучшает условия труда водителей.

Электронные автоматические системы управления двигателем
оптимизируют на бензиновом двигателе рабочие процессы топ-
ливоподачи и воспламенения рабочей смеси, облегчают пуск дви-
гателя, особенно при низких температурах.

Расширяется использование автоматики в управлении клапа-
нами для изменения фаз газораспределения или для выключения
из работы нескольких цилиндров в целях экономии топлива. Ис-
пользуют системы, обеспечивающие возврат (рециркуляцию) ча-
сти отработавших газов во впускной трубопровод для смешивания
с вновь поступившей порцией топлива, при этом изменяются не
только состав, но и температура топливной смеси.

Системы топливоподачи бензиновых двигателей подразделяют
на две основные группы:

карбюраторные системы с электронным управлением, в кото-
рых подачей топлива управляют путем изменения проходного се-
чения главного топливного жиклера;

системы впрыска топлива во впускной трубопровод или непос-
редственно в цилиндр двигателя (непосредственный впрыск в ци-
линдр из-за сложности реализации практически не применяют).

Электронное управление карбюратором на современных авто-
мобилях предусматривает в основном управление экономайзером
принудительного холостого хода ЭПХХ (рис. 48.1). Это объясняет-
ся тем, что у автомобиля, особенно в городских условиях, часто
используется режим движения накатом без отключения двигателя
от трансмиссии.

Дроссельная заслонка карбюра-
тора закрыта, и в это время дви-
жущей силой является сила инер-
ции автомобиля, которая через
колеса и трансмиссию подкручи-
вает коленчатый вал двигателя.
Причем частота вращения может
быть выше, чем задаваемая поло-
жением органа топливоподачи, и
двигатель вынужден работать в ре-
жиме торможения — принудитель-
ного холостого хода. Для уменьше-
ния расхода топлива в режиме при-
нудительного холостого хода пре-
кращают подачу топлива, тем самым не только экономя
бензина, но и на 15... 30 % снижая содержание токсичных веществ
в отработавших газах.

Итак, электронный блок управления исполнительным механиз-
мом, закрывающим подачу топлива в режиме принудительного
холостого хода, формирует управляющую команду на основе ана-
лиза выполнения двух условий: дроссельная заслонка карбюратора
закрыта; текущая частота вращения п коленчатого вала двигателя
больше частоты /?_{х х}, которую имел бы двигатель, работая с закры-
той дроссельной заслонкой при отключении от трансмиссии (ко-
робка передач в нейтральной позиции), т. е. п > п_{х х}. Значение часто-
ты вращения п_{х х} для каждой конкретной модели двигателя должно
быть предварительно занесено в память микропроцессора системы
управления экономайзером принудительного холостого хода.

Информация о частоте вращения коленчатого вала двигателя
формируется путем измерения частоты замыканий контактов пре-
рывателя. Положение дроссельной заслонки карбюратора фиксиру-
ется с помощью кнопочного (конечного) выключателя (микровык-
лючателя), приводимого в действие кулачком, механически связан-
ным с приводом дроссельной заслонки. Такая схема управления при-
менена на автомобилях ЗИЛ с карбюраторными двигателями.

На легковых автомобилях устанавливают два клапана. Один из
них, управляющий проходным сечением канала холостого хода,
имеет вакуумный привод. Второй, соединяющий вакуумную ка-
меру этого привода с впускным коллектором двигателя, — элек-
тромагнитный. Двухклапанная схема управления применена на
автомобилях ВАЗ-2108.

Управление впрыском топлива

Рис. 48.1. Система автоматическо- го управления экономайзером принудительного холостого хода: / — датчик частоты вращения вала, 2 — датчик положения дросселя, 3 — двигатель, 4 — электромагнитный клапан; 5 — карбюратор, 6 — блок управления ЭПХХ

Системы впрыска топлива для бензиновых двигателей подраз-
деляют на две группы:

системы распределенного впрыска, когда форсунки устанавли-
вают в зоне впускных клапанов каждого цилиндра;

системы центрального впрыска, когда имеется одна (реже две)
форсунка на весь двигатель, и подача (впрыск) топлива осуще-
ствляется (аналогично карбюратору) в одном месте впускного
трубопровода; в этой зоне формируется смесительная камера, а
из нее топливная смесь распределяется на тактах всасывания по
каждому цилиндру в порядке их работы.

Система с электронным впрыском дозирует подачу топлива в
зависимости от режима работы двигателя. Д 1т этого топливо пода-
ется _к форсункам от насоса при постоянном давлении (0,2 МПа).
Электронная система управления формирует для форсунок ко-
мандный сигнал прямоугольной формы определенной длитель-
ности, который определяет время открытого состояния форсу-
нок, или, иначе говоря, количество топлива, поступающего в
цилиндры двигателя. Управление длительностью, т.е. шириной пря-
моугольного импульса, принято называть широтно-импулъсной^м°-
дуляцией (ШИМ). Процесс формирования импульсов переменной
длительности (ширины) и частоты относят к частотно-широтно-
импульсной модуляции (ЧШИМ).

Рис. 48.2. Система электронноговпрыска топлива:

1 — преобразователь кода; 2 — устройство синхронизации; 3 — усилительмощ-ности; 4 — форсунки; Др, /ж, /в и PaTM — датчики соответственно частоты вращения коленчатого вала двигателя, угла открытия дроссельной заслонки кар- бюратора, температуры охлаждающей жидкости и атмосферного воздуха, а также атмосферного давления

>

V4

В систему электронного управления впрыском топлива входят
(рис. 48.2) датчик п_е частоты вращения коленчатого вала двигате-
ля, датчик угла открытия дроссельной заслонки карбюратора,
двухканальный преобразователь АЦП, постоянное запоминающее
устройство ПЗУ, преобразователь / кода во временные интерва-
лы, устройство 2 синхронизации, усилитель 3 мощности, от ко-
торого сигнал поступает в электромагниты форсунок 4. Сигнала-
ми датчиков температуры охлаждающей жидкости двигателя /
атмосферного воздуха t_B и атмосферного давления р_аш проводится
дополнительная корректировка временного интервала открытого
состояния форсунок.

С помощью устройства 2 синхронизации, управляемого от дат-
чика частоты вращения коленчатого вала двигателя, обеспечивает-
ся впрыск топлива в моменты, когда поршень находится в опреде-
ленной позиции такта всасывания, соответствующей наименьше-
му оседанию частиц топлива на стенках впускного трубопровода.

Такай система периодического впрыска топлива имеет хоро-
шее быстродействие и более точно дозирует топливо при неуста-
новившихся режимах работы двигателя. Благодаря точности дози-
ровки уменьшаются по сравнению с любыми другими системами
топливоподачи расход бензина и токсичность отработавших газов.
Блок управления системой впрыска строится на базе мощного
микропроцессора, получающего информацию от множества дат-
чиков, отслеживающих параметры рабочего процесса двигателя.
По существу, это система комплексного регулирования впрыска
топлива, угла опережения зажигания, детонации и частоты вра-
щения коленчатого вала на холостом ходу.

В большинстве систем электронного впрыска используется син-
хронный режим, т. е. на один оборот коленчатого вала двигателя —
один впрыск. На разгонном режиме для повышения мощности дви-
гателя используется не только синхронный, но и асинхронный
впрыск. Как карбюраторные системы с электронным управлени-
ем, так и системы впрыска топлива предусматривают наличие на
автомобиле электронной системы зажигания с цифровым управ-
лением утлом опережения зажигания.

Выбор оптимального угла опережения зажигания зависит от час-
тоты вращения коленчатого вала двигателя и его температуры, от
позиции органа привода топливоподачи, разрежения во впускном
трубопроводе и др. Взаимосвязь влияния этих параметров на угол
опережения зажигания нелинейная и зависит от быстроходности
двигателя, его степени сжатия и эксплуатационного износа. Она не
может быть какой-либо закономерностью, описываемой математи-
ческим выражением. Поэтому микропроцессорные системы зажига-
ния содержат постоянное запоминающее устройство, в память кото-
рого заносятся данные об угле опережения, а выбор (считывание из
памяти) оптимального текущего угла происходит на основании дан-
ных о других параметрах рабочего процесса двигателя.

Примером такой базы данных, записываемых в ПЗУ," является
калибровочная диаграмма (см. рис. 45.10). В микропроцессорной си-
стеме управления углом опережения зажигания применяют про-
граммируемые микросхемы процессоров, позволяющие при из-
менении алгоритма работы системы не менять аппаратную часть,
а только перепрограммировать ПЗУ (вводить в ПЗУ новые дан-
ные). Это необходимо выполнять также при изменении парамет-
ров двигателя в результате его старения, что требует высокой ква-
лификации специалистов автопредприятий, выполняющих тех-
ническое обслуживание автомобилей

Перспективными считаются системы оптимального управления
топливоподачей. По существу, в такой системе реализуется прин-
цип работы следящей системы автоматического управления с об-
ратной связью. В процессе управления контролируется результат
воздействия управляющих сигналов и, если результат отклоняет-
ся от требуемого значения параметра, управляющее воздействие
корректируется (это делается непрерывно до ввода системы в тре-
буемый оптимальный режим).

Как и в любой следящей системе, процесс управления носит
колебательный характер. Практически из трех желаемых парамет-
ров (тяговые характеристики автомобиля, расход топлива, токсич-
ность отработавших газов) оптимизировать можно только один. Так,
для улучшения тягово-скоростной характеристики увеличивают
топливоподачу (обогащают рабочую смесь), в то время как для
уменьшения расхода топлива требуется обеднение рабочей смеси.

Токсичность отработавших газов уменьшается приготовлением
рабочей смеси в определенном соотношении ее химических со-
ставляющих.

Попыткой удовлетворить современные требования к экологи-
ческим характеристикам автомобилей является внедрение про-
граммно-адаптивных систем топливоподачи, когда обратная связь
осуществляется путем контроля химического состава отработав-
ших газов (рис. 48.3).

Рис. 48.3. Следящая система авто- матического регулирования топ- ливоподачи: 1 — дозирующее устройство; 2—дви- гатель; 3 — выпускной тракт; 4— дат- чик кислорода, 5 — нейтрализатор; 6— схема сравнения; 7 — задатчик опорною напряжения

Дозирующее устройство J двигателя 2 приготавливает рабочую
смесь, в которой обеспечивается ее стехиометрйческий состав. Если
состав смеси отличается от требуемого, то датчик 4 кислорода,
установленный в выпускном тракте J двигателя 2, вырабатывает
соответствующий электрический сигнал, который подается в элек-
тронную схему 6 сравнения. В эту же схему поступает сигнал от
задатчика 7 опорного напряжения, соответствующего тому, кото-
рое должен формировать датчик 4
кислорода, если состав отработав-
ших газов соответствует по ток-
сичноститребуемымнормативам.
В противном случае схема срав-
нения вырабатывает сигнал рас-
согласования, отличный от нуля,
которым корректируется работа
дозирующего устройства. Оконча-
тельная очистка отработавших
газов от таких составляющих, как
СО, СН, N0, производится ка-
талитическим нейтрализатором 5.
С помощью датчиков температу-
ры и давления корректируется
длительность управляющего им-

2 3 4 5 6 7 8 Рис.48 4. Электронная системауправлен ия двигателем фирмы «Тойота»: 1 — замок зажигания, 2 — электронный микропроцессорный блокуйравления, 3 — воздушный фильтр; 4—датчик температуры поступающего вдвшатель воз- духа; 5—датчик расхода воздуха; 6— регулятор давления; 7 — клапанхолостогсхода; 8 — форсунка холодного пуска; 9 — датчик углаоткрытия дроссельнойзаслонки, 10 — редукционный клапан; 11 — форсунка; 12 — топливный фильтр 13 — топливный насос; 14 — топливный бак; 15 — таймер прогрева; 16 — датчик детонации, 77—датчик температуры в системе охлаждения, 18— дагчик паде-ния давления масла; 19 — датчик кислорода; 20 — катушказажигания, 21 — распределитель зажигания; 22— реле включения; 2J —да~4йк скорости

 

пульса дозирования топлива. Пример электронной системы впрыс-
ка, реализованной на автомобиле «Тойота», показан на рис. 48.4.
Топливо из бака 14с помощью насоса 13, управляемого от реле 22
включения, через фильтр 12 подается к форсунке И впрыска во
впускной трубопровод. Форсунка оснащена регулятором давления 6
и редукционным клапаном 10. Перед впускным трубопроводом
установлен воздушный фильтр 3, за которым расположен дат-
чик 4 температуры поступающего в двигатель воздуха и датчик 5
расхода воздуха. С приводом дроссельной заслонки связан датчик 9
угла ее поворота (открытия).

Центральный электронный блок 2 управления подключен к
бортовой сети напряжением 12 В через замок / зажигания. На вход
электронного блока 2 управления подается сигнал скорости дви-
жения автомобиля. Выходы блока управления связаны с форсун-
кой 11 и катушкой зажигания 20. На входы блока 2 подаются сиг-
налы датчиков частоты вращения коленчатого вала от распреде-
лителя 21, температуры охлаждающей жидкости 17, кислорода 19
и аварийного падения давления масла 18. Для облегчения пуска
холодного двигателя используется форсунка 8. Устойчивость ре-
жима холостого хода обеспечивается клапаном 7.

В рассматриваемой комплексной системе управления обеспечи-
вается не только топливоподача, но и регулирование угла опереже-
ния зажигания с учетом карты оптимальных углов (см. рис. 45.10)
и под контролем возможности возникновения детонации, инфор-
мация о которой формируется датчиком 16(см. рис. 48.4). Удержи-
вание угла опережения зажигания на границе предельного, за
которым происходит детонация, способствует повышению КПД,
мощности и экономичности двигателя.

Дополнительная корректировка угла опережения зажигания
осуществляется по сигналам датчика температуры двигателя, что
важно при его холодном пуске. При повышении температуры
двигателя зажигание автоматически устанавливается более по-
здним.

В электронных микропроцессорных блоках управления предус-
матриваются вспомогательные подсистемы, обеспечивающие ди-
агностику правильности функционирования системы впрыска.

48.3. Управление топливоподачей дизелей

Электронные системы управления топливоподачей дизелей
используют для снижения токсичности идымности отработавших
газов, акустических излучений, а также для стабилизации работы
двигателя на холостом ходу. Они выполняют следующие функции:

количественное управление топливоподачей;

управление моментом начала впрыска;

управление частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу
и защитой двигателя от превышения допустимой частоты;

управление свечами накаливания.

Как и для карбюраторных двигателей, используют три типа
электронных систем управления дизелями: аналоговые, цифровые ж
микропроцессорные. Из-за некоторых специфических недостатков
аналоговые и цифровые системы управления распространены в
основном на стационарных двигателях, работающих в установив-
шихся режимах.

Автомобильные двигатели, которые работают в широком диа-
пазоне скоростных и нагрузочных (неустановившихся) режимов,
требуют комплексного подхода к динамическому процессу управ-
ления на основе большого количества информации о режимных
параметрах и корректирующих операциях, обеспечивающих за-
щиту от аварийных режимов. Под режимными параметрами пони-
мают информацию о частоте вращения коленчатого вала двигате-

Датчики коррекции

 

 

—~~I _

 

Рис. 48.5. Микропроцессорная система управления дизелем:
ПЗУ — постоянное запоминающее устройство; ОЗУ — оперативное запоминаю-
щее устройство, ПЗ — программный задатчик, БС — блок сравнения; ИМ —
исполнительный механизм; ТНВД — топливный насос высокого давления; М—
дизель, W„ — датчик положения педали топливоподачи; Ар — датчик реального
текущего положения рейки топливного насоса, п_е — частота вращения коленча-
того вала двигателя; /_м и Р_и — температура и давление масла; /_ж, /_т и /_в — темпе-
ратура соответственно охлаждающей жидкости, топлива и воздуха; Д_1М — атмо-
сферное давление

ля, положении рейки топливного насоса высокого давления, по-
ложении педали топливоподачи.

Микропроцессор на основе информации о режимных параметрах
формирует предварительные коды для исполнительных механиз-
мов, которыми задается режим работы двигателя. Повышение точ-
ности регулирования достигается путем корректировки управляю-
щих воздействий на основе информации об условиях работы двига-
теля, т. е. о температуре топлива и всасываемого воздуха при атмо-
сферном давлении. Корректировка проводится для дозы впрыски-
ваемого топлива. Сигналы датчиков температуры и давления мас-
ла, температуры охлаждающей жидкости используются для оценки
условий пуска двигателя и предупреждения аварийных режимов.

Микропроцессорная система управления дизелем М (рис. 48.5),
обеспечивающая удовлетворительное воспроизведение режимов
работы, близких к оптимальным, представляет собой программ-
но следящую систему автоматического регулирования с несколь-
кими отрицательными обратными связями. Качественное обеспе-
чение переходных процессов на неустановившихся режимах, свя-
?анное с технико-экономическими показателями работы двигате-
ля, зависит от характеристик топливоподачи.

24 Ва*ламоа

Рабочий процесс электронной системы управления сводится к
расчету теоретически необходимого положения рейки ТНВД. Эту
операцию выполняет программный задатчик ПЗ микропроцессора,
используя информацию датчика W_n о положении педали топливо-
подачи.

Изменение реального текущего положения рейки осуществляет-
ся датчиком Х_р. Сравнение расчетного и действительного положений
рейки проводится в блоке сравнения БС, и в зависимости от рассо-
гласования входных параметров осуществляется корректировка по-
ложения рейки с помощью исполнительного механизма ИМ.

В оперативном запоминающем устройстве ОЗУ микропроцес-
сора хранятся промежуточные результаты вычислений. Корректи-
ровка управляющих воздействий ИМ проводится при опросе ком-
мутатором датчиков температуры воздуха и топлива. Для управле-
ния углом опережения впрыска топлива в зависимости от частоты
вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель используют
датчики п_е и Р_атм. Оптимальный угол опережения впрыска выби-
рается (индивидуально для каждого типа двигателя) по регулиро-
вочной характеристике, заложенной в память ПЗУ (см. рис. 45.10).

Микропроцессор получает исходную информацию от датчиков
положения педали топливоподачи, частоты вращения коленчато-
го вала двигателя, текущего положения рейки топливного насо-
са, механически связанного с ТНВД.

Установка требующейся позиции рейки топливного насоса осу-
ществляется следящей системой автоматического управления с об-
ратной связью, в которой задатчиком является электрический сиг-
нал расчетного положения рейки, а обратной связью — сигнал
действительного положения рейки, формируемый датчиком ^.Кор-
ректировка расчетного значения положения рейки выполняется с
учетом данных о температуре двигателя, температуре воздуха, по-
ступающего на вход двигателя, и об атмосферном давлении.

Блок расчета необходимого положения рейки топливного на-
соса содержит (как и в электронной системе управления карбю-
раторным двигателем) запоминающее устройство, в которое за-
носятся данные регулировочной характеристики дизеля по углу
опережения впрыска топлива (см. рис. 45.10).

Это позволяет изменять угол опережения впрыска в зависимо-
сти от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Информация основных датчиков, участвующих в формировании
количественных и временных характеристик топливоподачи, исполь-
зуется дополнительно в подсистеме защиты двигателя, т. е. когда ка-
кой-либо параметр рабочего процесса достигает предельно допусти-
мого значения. Например, при достижении температуры двигателя
105 °С снижается частота вращения коленчатого вала и водитель опо-
вещается звуковым и световым сигналами. При падении давления
масла в системе смазывания двигатель останавливается.

48.4. Информационное обеспечение микропроцессорных
систем управления двигателем

Комплекс датчиков, с помощью которых представляется ис-
ходная информация для электронных систем управления автомо-
билем, состоит из датчиков частоты вращения, линейного и уг-
лового перемещения, температуры, давления (в том числе дето-
нации), расхода воздуха и химического состава газа.

Датчик частоты вращения формирует информацию о частоте
вращений коленчатого вала двигателя и о моментах прохождения
поршнем ВМТ. Применяют датчики индуктивные или основан-
ные на эффекте Холла.

В индуктивном датчике катушку индуктивности, расположен-
ную на магнитном сердечнике, устанавливают в картере махови-
ка двигателя с небольшим зазором относительно зубчатого венца
маховика. При прохождении зубцов венца мимо сердечника ка-
тушки изменяется магнитное сопротивление цепи «магнитный
сердечник — зуб — воздушный зазор», и в катушке индуцируются
импульсы ЭДС, частота которых пропорциональна частоте вра-
щения коленчатого вала двигателя. Датчик Холла, как правило,
устанавливают в распределителе зажигания или используют уже
установленный (в бесконтактных системах зажигания).

Датчики линейного или углового перемещения рейки ТНВД дизе-
ля, угла поворота дроссельной заслонки карбюратора или пере-
мещения педали топливоподачи на рабочем месте водителя при-
меняют аналоговые (реостатные) (рис. 48.6, а) или потенциомет-
рические (рис. 48.6, б), реже индуктивные), а также дискретного
действия (рис. 48.6, в). Внутри корпуса 2 (см. рис. 48.6, а) реостат-
ного (потенциометрического) датчика на изолирующей платфор-
ме расположен дугообразный резистивный элемент 1, по которо-
му перемещается ползунок 4, связанный с валом внешнего при-
вода. С этим же валом связан второй (контактный) ползунок 3,
включающий концевой выключатель в крайнем положении при
закрытой дроссельной заслонке.

В датчике дискретного действия (см. рис. 48.6, в) дугообразная
пластина 7 выполнена в виде ряда последовательно расположен-
ных контактов, по которым перемещается ползунок 6, связанный
с приводом 9. Кулачок 10 привода управляет контактами 8 и 11 в
конечных позициях при повороте вала привода. Весь электриче-
ский узел располагается в корпусе с электрическим разъемом 5
для подключения кабеля связи с электронным блоком.

Датчики для измерения температурного режима двигателя и пе-
редачи информации в электронные блоки управления использу-
ют в основном аналогового типа.

Датчик (рис. 48.7) представляет собой кристалл терморезисто-
ра 1, монтируемый в корпусе 4 изолированно от него с помощью

 

Рис. 48 6. Датчики угла поворота

дроссельной заслонки:
а — реостатный; б — потенциомет-
рический; в — дискретный; 1 — ре-
зистивный элемент; 2 — корпус;
3, 4 и 6— ползунки; 5 — кабельный
разъем; 7 — контактная пластина; 8
и 11 — контактные группы; 9 —
привод; 10 — кулачок

диэлектрической втулки 5. Терморезистор Прижат к днищу корпу-
са 4 пружиной 2, которая контактирует с выводом 3. При повы-
шении температуры сопротивление терморезистора уменьшает-
ся, что приводит к увеличению проходящего через него тока, ко-
торый является информационным сигналом для электронных бло-
ков управления топливоподачей.

Рис. 48.7, Датчик температуры дви-
гателя с терморезисторным чув-
ствительным элементом:
1 — терморезистор; 2 — пружина; 3 —
вывод; 4 — корпус; 5 — втулка

Датчик давления — также аналогового (непрерывного) дей-
ствия — подобен датчику для измерения давления в системе сма-
зывания двигателя.

Давление воспринимается мембраной, которая перемещает
движок потенциометра (резистивный датчик) или магнитный сер-
дечник внутри катушки индуктивности.

Перспективными считаются датчики, в которых используется
пьезоэффект или пьезорезистивный эффект. В первом случае дав-
ление рабочей среды передается на кристалл из цирконата-тита-
ната свинца, на поверхности которого под действием давления
образуются электрические заряды, пропорциональные давлению.
Во втором случае полупроводниковый кремниевый кристалл вы-
полнен в виде мостовой резистивной схемы (рис. 48.8, а). Под
действием давления пропорционально изменяется сопротивление
резисторов, а следовательно, и сила тока, проходящего через них.

Наиболее сложным по конструкции является датчик давления
воздуха во впускном трубопроводе. Перед дроссельной заслонкой
в трубопроводе давление практически соответствует давлению
наружного (атмосферного) воздуха, а за дроссельной заслонкой в
зависимости от ее позиции все время меняется.

Поскольку число циклов наработки такого датчика невелико,
то для повышения его долговечности используют бесконтактные
индуктивные преобразователи механических перемещений в эле-
ктрический сигнал (рис. 48.8, б).

1 4 5 6 1 Рис. 48.8. Датчики давления: а — полупроводниковый; б — индуктивный; / — полупроводниковый тензоре- зистор; 2 — фильтр; 3 — мембрана камеры компенсации изменения атмосфер- ного давления; 4— пробка; 5 — анероидная коробка; 6 и 7 — катушки индуктив- ности; 8 — сердечник; 9 — ярмо

Зажигание

Детонация
есть

Детонации нет

 

Зажигание

 

Сигнал
зажигания

 

^ШрШШ

Интервал распознавания
детонации

 

Сильная детонация

Угол опережения зажигания

Рис. 48.9. Датчик детонации: а — конструкция; б— характеристика датчика детонации при постоянной часто- те вращения коленчатого вала двигателя; в — графики обработки сигнала датчи- ка при компьютерном распознавании возникновения детонации; 1 — пьезо- элемент; 2 — мембрана; ивых — выходное напряжение; t — время

Выходнойсигналдатчика детонации Интенсивность

Стандартный уровень амплитуд
для обнаружения
детонации

Давление воздуха воспринимается блоком, состоящим из двух
анероид,ных коробок 5, соединенных последовательно. Поскольку
при увеличении нагрузки давление во впускном трубопроводе воз-
растает, анероидные коробки сжимаются и перемещают связан-
ный с ними сердечник 8 внутри катушек б и 7, установленных в
ярме 9. Сердечник 8, входя в катушку, повышает ее индуктивность,
что вызывает увеличение ширины импульса, открывающего фор-
сунку впрыска топлива. Для того чтобы показания датчика опреде-
лялись только давлением внутри впускного трубопровода, блок
анероидов связан с мембраной 3. Атмосферное давление воздей-
ствует На мембрану с внешней стороны через отверстия в крышке.
Внутренняя полость через отверстия в разделительной перегородке
сообщается с камерой, где располагается анероидный блок.

Датчик детонации (рис. 48.9, а) — это тот же датчик давления
пьезоэлектрического типа, по существу работающий подобно мик-
рофону. Возникновение детонации в цилиндрах двигателя сопро-
вождается колебаниями давления определенной частоты. Колеба-
ния передаются на эластичную мембрану 2 с наклеенным на нее
пьезоэлементом 7. Параметры мембраны выбраны из расчета ре-
зонанса на частоте детонации. При резонансе пьезокристалл вы-
рабатывает электрический потенциал, использующийся как ин-
формация о появлении детонации в двигателе.

При работе двигателя без детонации акустическое воздействие
на датчик и вибрация вызывают появление на выходе датчика сиг-
нала, усредненная амплитуда которого принимается за начало от-
счета (нулевую точку). Возникновение сигнала, амплитуда которо-
го превышает усредненную (принятую за нулевую), свидетельству-
ет о появлении детонации (рис. 48.9, б, в). По числу импульсов в
сигнале датчика, которые превышают усредненную амплитуду до
начала детонации, определяют степень детонации. В зависимости
от степени детонации осуществляют управление зажиганием, а
именно уменьшают угол опережения зажигания. Если после этого
детонация исчезает, то угол опережения вновь постепенно увели-
чивают так, чтобы он был близок к детонационному пределу.

Для создания датчиков расхода воздуха могут быть использова-
ны несколько физических принципов. Например, расход воздуха
измеряют по частоте вращения турбинки, помещенной в движу-
щийся воздушный поток, по углу отклонения (под воздушным на-
пором) свободно поворачивающейся заслонки в трубопроводе или
по перепаду давлений перед дросселем и за ним в трубопроводе.

Наиболее распространен термоанемометрический метод измере-
ния скорости (расхода) воздуха. Принцип действия такого датчика
заключается в том, что если нагретый электрическим током провод-
ник, у которого сопротивление зависит от температуры, поместить
в воздушный поток, то этим потоком проводник будет охлаждаться
и, следовательно, менять свое сопротивление. Изменение сопротив-

Рис. 48.10. Датчик расхода воздуха на базе термоанемометра:
/ — корпус; 2 — электронный модуль; 3 — формирователь воздушного потока;

4— сетка; 5 — платиновая нить; 6— штекерный разъем

ления пропорционально скорости потока. Поэтому по изменению
сопротивления судят о скорости потока, а при известном сечении
трубопровода — и о расходе воздуха через этот трубопровод.

Обычно используют два проводника: один — в среде с движу-
щимся воздушным потоком, другой — в среде с неподвижным
воздухом. Этим компенсируется влияние температуры окружаю-
щей среды (рис. 48.10). Платиновая нить 5 термоанемометра уста-
новлена в корпусе формирователя 3 воздушного потока. Внутрен-
ний объем корпуса защищен сетками 4 для спрямления воздуш-
ного потока и защиты нитей от механических воздействий. Элек-
тронный модуль 2 представляет собой предварительный усили-
тель, ко входу которого по мостовой схеме подключены нити тер-
моанемометрического датчика. Питание усилителя и вывод ин-
формационного сигнала производят через штекерный разъем 6.

К датчикам, реагирующим на химический состав газа (в частности,
на содержание кислорода), относится лямбда-зонд. Чувствительные
элементы датчика выполнены из двуокиси циркония или титана.

Циркониевый датчик представляет собой гальванический эле-
мент с пористыми платиновыми электродами. Промежуток между
электродами заполнен двуокисью циркония, который является
электролитом. Такому гальваническому элементу путем прессова-
ния придается форма колпачка (рис. 48.11). Активный элемент 6
(колпачок) вставлен в металлический корпус 7 и защищен от вне-
шних механических воздействий сетчатым кожухом 7, через кото-
рый отработавшие газы проникают к внешней стороне колпач-
ка 6. Для этого резьбовой частью корпуса 1 датчик ввинчивается в
соответствующее отверстие трубопровода, отводящего отработав-
шие газы. Внутренняя поверхность колпачка соприкасается с ат-

7 6 5 4

Рис. 48.11. Датчик кислорода:

/ и 2 __ соответственно металлический и керамический корпуса; 3 — выходной

кабель; 4 — внешний кожух; 5 — контактный наконечник; — активный эле-
мент (колпачок); 7 — защитный кожух </' прорезями

мосферным воздухом. Отработавшие газы, с одной стороны, и
атмосферный воздух с другой проникают ч&рез пористую СТРУК"
туру платиновых электродов в электролит (Двуокись циркония).

В зависимости от давления кислорода, находящегося в отрабо-
тавших газах (парциального давления), датчик вырабатывает ^на~
пряжение, соответствующее содержанию кислорода. Такие Д^атчи~
ки удовлетворительно работают при температуре не ниже 350 °С.

Поскольку рабочая температура циркониевых датчиков высо-
ка, то в режиме прогрева двигателя они никакой информации не
выдают. Иногда для получения информации в этом режиме при-
меняют искусственный электрический подйгрев датчика.

Титановый датчик относится к резисториым приборам- резис-
тор из двуокиси титана, помещенный в выхлопную трубу, меняет
свое сопротивление в зависимости от химического состава отра-
ботавших газов.

Контрольные вопросы

\ _ Расскажите об устройстве управления -экономайзером принудитель-
ного холостого хода карбюратора. Для чего это устройство необходимо?

2. Что дает применение в двигателе системы электронного впрыска

топлива? ^

3. К