Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Блок управления двигателем от Chevrolet Beretta 1996 года выпуска .

Блок управления двигателем ( ЭБУ ), также обычно называемый модулем управления двигателем ( ЭСУД ), представляет собой тип электронного блока управления, который управляет рядом исполнительных механизмов двигателя внутреннего сгорания для обеспечения оптимальных характеристик двигателя. Он делает это путем считывания значений с множества датчиков в моторном отсеке, интерпретации данных с использованием многомерных карт производительности (называемых справочными таблицами ) и настройки исполнительных механизмов двигателя. До появления ЭБУ воздушно-топливная смесь, угол опережения зажигания и частота вращения холостого хода задавались механически и динамически регулировались механическими и пневматическими механизмами. средства.

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

Работы [ править ]

Управление соотношением воздух-топливо [ править ]

В большинстве современных двигателей используется какой-либо тип впрыска топлива для подачи топлива в цилиндры. ЭБУ определяет количество впрыскиваемого топлива на основе ряда показаний датчиков. Датчики кислорода 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 ECU , насколько открыта дроссельная заслонка , когда ускоритель ( педаль газа ) нажата. Датчик массового расхода воздуха измеряет количество воздуха, поступающего в двигатель через дроссельную заслонку. Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателяизмеряет, прогрет двигатель или нет. Если двигатель еще холодный, будет произведен впрыск дополнительного топлива.

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

Контроль холостого хода [ править ]

Большинство систем двигателя имеют встроенный блок управления холостым ходом . 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 с управлением байпасом холостого хода. Ранние карбюраторные системы использовали программируемый упор дроссельной заслонки с помощью двунаправленного двигателя постоянного тока . В ранних системах впрыска в корпус дроссельной заслонки (TBI) использовался шаговый двигатель с контролем холостого хода . 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 ЭБУ на предмет надежности.

Управление изменяемыми фазами газораспределения [ править ]

Некоторые двигатели имеют регулируемые фазы газораспределения . В таком двигателе ЭБУ контролирует время в цикле двигателя, при котором клапаны открываются. 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 клапаном [ править ]

Были изготовлены и испытаны экспериментальные двигатели без распределительного вала , но с полным электронным управлением открытием впускных и выпускных клапанов, закрытием клапанов и площадью открытия клапана. [1] Такие двигатели могут запускаться и работать без стартера для некоторых многоцилиндровых двигателей, оснащенных прецизионным электронным зажиганием и впрыском топлива. Такой двигатель со статическим запуском обеспечит повышение эффективности и снижение загрязнения окружающей среды по сравнению с мягким гибридным электрическим приводом , но без затрат и сложности, как у крупногабаритного стартера. [2]

Первый серийный двигатель этого типа был изобретен (в 2002 г.) и представлен (в 2009 г.) итальянским автопроизводителем Fiat в Alfa Romeo MiTo. В их двигателях Multiair используется электронное управление клапанами, что значительно улучшает крутящий момент и мощность, снижая при этом расход топлива на 15%. В основном, клапаны открываются гидравлическими насосами, которые управляются блоком управления двигателем. Клапаны могут открываться несколько раз за такт впуска в зависимости от нагрузки двигателя. Затем ЭБУ решает, сколько топлива следует 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 наполовину. Оптимальное открытие и время всегда достигаются, 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.

Устранение кулачков, подъемников, коромысел и набора ГРМ 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 будет доведена до совершенства, 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 дыре». 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 расходовать 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. На частичном дросселе,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 полностью его открывает.

Программируемость [ править ]

Особую категорию ЭБУ составляют программируемые; 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 модификациям двигателя, можно использовать программируемый ЭБУ вместо ЭБУ, поставляемого на заводе. 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 режиме реального времени.Обычно в этом интерфейсе используются следующие соединения:USB или последовательный .

Изменяя эти значения при мониторинге выхлопных газов с помощью широкополосного лямбда-зонда , специалисты по настройке двигателей могут определить оптимальный расход топлива в зависимости от частоты вращения двигателя и положения дроссельной заслонки. Этот процесс часто выполняется на заводе по производству двигателей. В этих местах обычно находится динамометр ; 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 приложений.

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

  • Анти-лаг
  • Лямбда с замкнутым контуром : позволяет ЭБУ контролировать постоянно установленный лямбда-зонд и изменять заправку для достижения желаемого целевого соотношения воздух / топливо. Часто это стехиометрическое (идеальное) соотношение воздух-топливо, которое на традиционных транспортных средствах с бензиновым двигателем составляет 14,7: 1. Это также может быть гораздо более богатое соотношение, когда двигатель находится под высокой нагрузкой, или, возможно, более бедное соотношение, когда двигатель работает в крейсерских условиях с низкой нагрузкой, для максимальной топливной эффективности .
  • Управление передачей
  • Время зажигания
  • Контроль запуска
  • Регулятор давления топлива
  • Ограничитель оборотов
  • Поэтапный впрыск топлива
  • Переходная заправка: указывает ЭБУ добавить определенное количество топлива при включении дроссельной заслонки . Это называется «ускоренное обогащение».
  • Регулируемая синхронизация кулачка
  • Управление Wastegate
  • Корректировка температуры воды: позволяет добавлять дополнительное топливо, когда двигатель холодный, например, при холодном запуске зимой или когда двигатель опасно горячий, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение цилиндра (хотя и не очень эффективно, поскольку только в экстренных случаях).

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, представляющую водителю текущие обороты, скорость и другие основные данные двигателя. Эти стеки данных, которые почти всегда являются цифровыми, взаимодействуют с ЭБУ по одному из нескольких протоколов, включая RS-232 или CANbus . Затем информация передается через интерфейс передачи данных, который обычно находится под рулевой колонкой.

Датчики [ править ]

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

  • MAP: абсолютное давление в коллекторе .
  • IAT: температура всасываемого воздуха.
  • MAF: Масса воздушного потока .
  • CKP: положение коленчатого вала .
  • CMP: положение вала CAM.
  • ECT: Температура охлаждающей жидкости двигателя .
  • O2: датчик кислорода .
  • TP: положение дроссельной заслонки .
  • VSS: Датчик скорости автомобиля .
  • Датчик детонации
  • APP: Положение педали акселератора .
  • Датчик хладагента

История [ править ]

Ранние разработки [ править ]

Одной из первых попыток использования такого унифицированного и автоматизированного устройства для одновременного управления несколькими функциями управления двигателем была Kommandogerät, созданная BMW в 1939 году для их 801 14-цилиндрового авиационного радиального двигателя . [3] Это устройство заменило 6 органов управления, используемых для инициирования резкого ускорения, на одно устройство управления на самолетах серии 801. Тем не менее, у него были некоторые проблемы: он приводил в движение двигатель, что затрудняло полет в тесном строю Fw 190 (Focke-Wulf Fw 190 Wurger), одноместный одноместный немецкий истребитель, и сначала он включал нагнетатель. резко и беспорядочно переключает передачи, что может привести к чрезвычайно опасному сваливанию самолета.

Развитие интегральных схем и микропроцессоров сделало 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 японских автомобилей . [4] Система Ford EEC (Electronic Engine Control), в которой использовался микропроцессор Toshiba TLCS-12, была запущена в серийное производство в 1975 году. [5]

Гибридный цифровой дизайн [ править ]

Гибридные цифровые или аналоговые конструкции были популярны в середине 1980-х годов. При этом использовались аналоговые методы для измерения и обработки входных параметров двигателя, а затем использовалась справочная таблица, хранящаяся в микросхеме цифрового ПЗУ , для получения предварительно вычисленных выходных значений. Более поздние системы вычисляют эти выходные данные динамически. Тип системы 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 [ править ]

Современные ЭБУ используют микропроцессор, который может обрабатывать входные данные от датчиков двигателя в режиме реального времени . Электронный блок управления содержит аппаратное и программное обеспечение ( прошивку ). Аппаратное обеспечение состоит из электронных компонентов на печатной плате (PCB), керамической подложке или тонкой ламинатной подложке. Основным компонентом этой печатной платы является микросхема микроконтроллера (MCU). Программное обеспечение хранится в микроконтроллере или других микросхемах на печатной плате, обычно в СППЗУ или флэш-памяти, поэтому ЦП можно перепрограммировать путем загрузки обновленного кода или замены микросхем. Это также называется (электронной) системой управления двигателем (EMS).

Эталонная архитектура ЭБУ

Сложные системы управления двигателем получают входные данные из других источников и управляют другими частями двигателя; например, некоторые системы изменения фаз газораспределения имеют электронное управление, а также можно управлять сбросными заслонками турбокомпрессора . Они также могут связываться с блоками управления трансмиссией или напрямую взаимодействовать с автоматическими трансмиссиями с электронным управлением , системами контроля тяги и т.п. Для связи между этими устройствами часто используется сеть контроллеров или автомобильная сеть с шиной CAN.

Современные ЭБУ иногда включают в себя такие функции, как круиз-контроль , управление трансмиссией, управление противоскользящим тормозом, противоугонное управление и т. Д.

Первые ЭБУ General Motors (GM) 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. [6] ЭБУ большого объема, который устанавливался на автомобили GM с первого года выпуска большого объема, 1981 года, был современной системой на основе микропроцессора . ГМ быстро перемещаются , чтобы заменить карбюрации с впрыском топлива в качестве предпочтительного способа доставки топлива для транспортных средств , изготовленных он. Этот процесс впервые был реализован в 1980 году с впрыском топлива.Cadillac двигатели, а затем на Pontiac 2.5L I4 " Iron Duke " и Chevrolet 5.7L V8 L83 "Cross-Fire" двигатель , приводящий в Chevrolet Corvette в 1982 году 1990 Cadillac Brougham питание от Oldsmobile 5.0L V8 LV2 двигатель был последним карбюраторный легковой автомобиль, изготовленный для продажи на рынке Северной Америки (модель Volkswagen Beetle 1992 года с карбюраторным двигателем была доступна для покупки в Мексике, но не предлагалась для продажи в Соединенных Штатах или Канаде.), а к 1991 году GM был последним из крупнейших автопроизводителей США и Японии, отказавшимся от карбюрации и производившим все свои легковые автомобили исключительно с двигателями с впрыском топлива. В 1988 году Delco (подразделение электроники GM) производила более 28 000 ЭБУ в день, что сделало ее крупнейшим в то время производителем бортовых компьютеров с цифровым управлением. [7]

Другие приложения [ править ]

Такие системы используются во многих двигателях внутреннего сгорания в других приложениях. В авиационных приложениях эти системы известны как « FADECs » (Full Authority Digital Engine Controls). 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 магнето , которая не требует для работы электроэнергии, вырабатываемой генератором переменного тока , что считается преимуществом с точки зрения безопасности. [8]

См. Также [ править ]

  • Измеритель состава топливовоздушной смеси
  • Автомобильный самостартер
  • ЭКЮ-ТЕСТ
  • Контрольная лампа неисправности (MIL)
  • МегаСквирт
  • Мотроник
  • Бортовая диагностика (OBD)
  • Модуль управления трансмиссией (PCM)
  • SECU-3 [9]
  • Trionic
  • VEMS
  • вспыхнуть

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Остин, Ян (21.08.2003). «ЧТО ДАЛЬШЕ; проблема на основе чипов для вращающегося распределительного вала автомобиля» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 16 января 2009 .
  2. ^ Кассакян, JG; Wolf, H.-C .; Миллер, JM; Хертон, CJ (1996). «Автомобильные электрические системы около 2005 года». IEEE Spectrum . 33 (8): 22. DOI : 10,1109 / 6,511737 .
  3. ^ Ганстон, Билл (1989). Всемирная энциклопедия авиационных двигателей . Кембридж, Англия: Patrick Stephens Limited. п. 26. ISBN 978-1-85260-163-8.
  4. ^ «Тенденции в полупроводниковой промышленности: 1970-е» . Японский музей истории полупроводников . Проверено 27 июня 2019 .
  5. ^ "1973: 12-битный микропроцессор управления двигателем (Toshiba)" (PDF) . Японский музей истории полупроводников . Проверено 27 июня 2019 .
  6. ^ Центр проектов по контролю за выбросами GM - Я был там - GMnext
  7. ^ Delco Electronics Electron Magazine, The Atwood Legacy, Spring '89, стр 25
  8. ^ Энциклопедия пилотов авиационных знаний . Федеральное управление гражданской авиации .
  9. ^ "SECU3 ЭБУ с открытым исходным кодом" .SECU-3

Внешние ссылки [ править ]

  • Система управления двигателем
  • Как работает автомобильный компьютер
  • ЭБУ Toyota OBDII
  • Система управления двигателем
  • Статьи от Toyota Motor Sales, USA, Inc. в Autoshop 101
  • SECU-3 Блок управления зажиганием и впрыском топлива