В этой статье пойдет речь о работе «мозгов», управляющих двигателем вашего автомобиля или мотоцикла.
Попробую объяснить на пальцах и вообще, что и как происходит. Что делают те самые «мозги» и для чего они нужны? Электроника является альтернативой другим системам, выполняющим те же функции.
Дозировкой топлива занимался карбюратор, а зажигание контролировалось механическим или вакуумным корректором угла опережения зажигания.
В общем, реализовать все это одной лишь электроникой не получится, и довольно долгое время именно так и было.
На автомобилях, мотоциклах, бензопилах, бензогенераторах и во многих многих других местах работали и продолжают работать те самые системы, на замену которых призван инжектор.
Почему вам понадобилось что-то изменить? Зачем разрушать существующие проверенные и высоконадежные системы? Все просто – гонка за эффективностью, экологичностью и мощностью.
Точность описанных выше систем недостаточна для обеспечения желаемого уровня экологичности и мощности, а сами электронные системы управления двигателем начали появляться довольно давно.
Принцип действия поршневых двигателей внутреннего сгорания я опускаю; многие знакомы с тем, как работает двигатель, а те, кто не знаком, не сильно пострадают. С точки зрения работы системы питания и системы зажигания двигатель представляет собой просто преобразователь топливовоздушной смеси в механическую энергию.
Вы можете думать об этом как о черном ящике с некоторыми причудами.
Итак, у нас есть топливо (бензин, этанол, пропан или метан), есть воздух и желание получить из него механическую энергию.
Сложность в том, что для получения интересующих нас характеристик необходимо смешать топливо и воздух в точно определенных пропорциях и поджечь их в достаточно точно определенный момент времени.
Более того, если точность будет недостаточной, мы получим худшую производительность.
Вся суть работы «мозгов» сводится к дозированию топлива и воспламенению смеси в цилиндрах двигателя.
Это основные функции.
Помимо них есть еще и дополнительные – управление турбиной, управление трансмиссией.
Подсистема, участвующая в дозировании топлива, называется инжектор , воспламеняет топливо зажигание .
Воздух поступает в двигатель в «естественном» порядке.
Сам двигатель всасывает воздух; его количество можно ограничить только для снижения мощности двигателя.
Нам не всегда нужна максимальная мощность; большую часть времени мощность ограничена.
В случае с турбиной воздух в двигатель нагнетается, но сути это не меняет. Воздуха столько, сколько есть и его количество мы контролируем с помощью педали.
Сколько топлива нам нужно подать в двигатель и как его дозировать? Существует так называемое стехиометрическое соотношение, которое показывает, что для полного сгорания килограмма топлива нам необходимо вполне определенное количество воздуха.
Для бензина это соотношение составляет 14,7:1. его также называют AFR (расход топлива по воздуху на английском языке).
Это не аксиома, это своего рода оптимум.
Смесь может быть «беднее» и топлива в ней может быть меньше.
Эта смесь хуже горит, двигатель сильнее греется, но все сгорает полностью.
Эти значения находятся на более высокой стороне — 15 AFR и более.
Он может быть «богаче», когда топлива больше — 14 AFR или меньше.
При таком соотношении смесь сгорает не полностью, но мощность двигателя максимальна.
Ограничения есть в обе стороны — если слишком увлечься, двигатель работать не будет. Вы не можете просто добавить 20 частей топлива и ожидать пропорционального увеличения мощности.
Итак, чтобы определить, сколько топлива нам нужно подать в двигатель, нам нужно знать, сколько воздуха в него поступает. Дальше все просто – по количеству воздуха определяем количество бензина с помощью соотношения и дело сделано! Подождите, а как нам определить, сколько воздуха поступает в двигатель? Есть несколько способов сделать это.
Обычно используется один из следующих датчиков: Датчик массового расхода воздуха или MAF — д датчик м туз р как можно скорее В воздух.
Этот датчик измеряет количество воздуха, проходящего через него.
Как предполагает Википедия: «Датчик состоит из двух платиновых нитей, нагреваемых электрическим током.
Через одну нить проходит воздух, охлаждая ее, вторая является контрольной.
Путем изменения тока, проходящего через платиновую нить, охлаждаемую потоком воздуха, рассчитывается количество воздуха, поступающего в двигатель».
Датчики такого типа часто устанавливаются на гражданские автомобили.
В общем, все довольно просто.
Похоже, это именно то, что вам нужно! Вот и все.
Другой тип датчиков ДАД или МАР — д датчик А абсолютный д давление.
Этот датчик подключен к впускному коллектору и измеряет вакуум (или избыточное давление, в случае наддува) во коллекторе.
По показаниям этого датчика и датчиков температуры и частоты вращения коленвала также можно рассчитать объем поступающего воздуха, который нам и нужен.
Для корректировки его показаний необходимо также знать давление окружающего воздуха.
Для измерения атмосферного давления либо установите другой аналогичный датчик, постоянно его измеряющий, либо просто измеряйте давление перед запуском двигателя.
Во втором случае беда может возникнуть, если броситься с берега моря прямо в вереск.
MAP часто устанавливается на спортивные автомобили.
Один из этих датчиков установлен, наличие одного из них обязательно.
Ну, мы можем примерно посчитать, сколько воздуха поступает в двигатель.
Еще один необходимый датчик ДПКВ или д датчик п положения К олень В аля.
Этот датчик позволяет мозгу точно знать, в каком положении находится коленчатый вал.
Зачем нам это нужно? Недостаточно знать, сколько топлива необходимо подать в двигатель; он должен быть предоставлен в определенный момент времени.
Да и воспламенять смесь в цилиндрах тоже нужно строго вовремя.
Так что без этого датчика никак.
Существует несколько типов таких датчиков, но большинство из них являются индукционными, датчиками Холла или аналогичными.
В общем – бесконтактные датчики, подобные тем, что работают, например, в двигателе вашего винчестера.
Или в холодильниках.
Следующий датчик, который вместе с ДПКВ дает еще больше информации о том, что происходит в двигателе в данный конкретный момент – ДПРВ — д датчик п положения р аспред В аля.
Его еще называют датчиком фазы.
С помощью этого датчика мы можем понять, какой цилиндр в данный момент находится на такте впуска, куда нам нужно подать топливо, какой цилиндр находится на такте сжатия и когда необходимо воспламенить смесь.
По принципу действия похож на ДПКВ, но зачастую несколько проще.
В общем, то же самое, но на распредвале.
Этого набора датчиков нам должно хватить для запуска двигателя.
По крайней мере, этого достаточно, чтобы примерно понимать, сколько топлива подавать, когда это делать и когда поджигать получившийся коктейль.
Так давайте тогда послужим и подожжем! (не путать с разжечь и подстрекать) Приводы Топливо дозируется.
форсунки или другими словами «форсунки».
Да-да, именно по имени этого узла мы называем всё это безобразие.
Инжектор ничего особенно интересного.
Просто электромеханический клапан.
Два провода и трубопровод с топливом под давлением.
Подали напряжение на клеммы – форсунка открылась, перестал пропускать ток – форсунка закрылась.
Для простоты предположим сначала, что инжектор открывается и закрывается мгновенно.
Тогда, чтобы оценить объем проходящего через него топлива, нам достаточно его знать.
статическая производительность .
Это просто количество топлива, которое пройдет через форсунку за минуту.
Открыли форсунку, измерили объем бензина, протекшего через нее за минуту – получили главный параметр.
Теперь для точного дозирования нам достаточно на определенное время открывать и закрывать насадку.
Получается, что дозировка осуществляется путем «экспозиции», если говорить терминами фотографов.
Чем дольше время, на которое мы открываем форсунку, тем больше топлива мы заливаем в двигатель.
И воспламенение смеси происходит от той самой постоянной свечи зажигания, которая верой и правдой служила для этой цели.
И катушка зажигания тоже на месте.
Но оно уже управляется «мозгами».
Зажигание не изменилось, но для его работы важны ДПКВ и ДПРВ, поэтому без этих датчиков работы не будет. В целом, примерно так работает инжектор.
Смотрим показания датчика, отмеряем необходимое количество топлива и открываем форсунку на расчетное время.
И так с каждым ударом.
Те.
в зависимости от частоты – 100 раз в секунду при частоте вращения коленчатого вала 6000 об/мин.
Часто? Не так уж и много, не совсем.
Вперед, продолжать? В реальных двигателях все несколько сложнее.
Точно подсчитать, сколько воздуха попадает в двигатель, не так-то просто.
Датчики необходимы для корректировки значений Температура охлаждающей жидкости — просто датчик температуры, аналогичный тому, который показывает температуру на приборной панели.
И датчик температуры воздуха на впуске .
В целом немного отличающийся от первого и функционально брат-близнец, он также просто измеряет температуру, но не двигателя, а воздуха, поступающего в двигатель.
Почему нам нужно что-то корректировать? Дело в том, что пока двигатель холодный, пока он не нагреется до определенной температуры, топливо не так хорошо испаряется, а сгорает именно пар.
Соответственно, нам необходимо подавать больше топлива, чтобы двигатель работал.
Итак, берем наше значение за оптимальное соотношение, измеряем температуру двигателя и корректируем это значение.
Также необходимо отрегулировать момент зажигания смеси в цилиндрах – по тем же причинам.
И здесь мы тоже вносим коррективы.
Еще один не совсем приятный момент – насадка, которую мы считали идеальной, на самом деле таковой не является.
Во-первых, требуется время, чтобы он открылся, а затем закрылся.
Соответственно, в это время он тоже поставляет топливо, но в меньших количествах.
Для этого также предусмотрена доплата.
Сами времена открытия и закрытия зависят от напряжения бортовой сети.
Одно дело, когда генератор работает на полную мощность и в сети 14В, а другое дело, когда генератор сдох, а аккумулятор разряжен до неприличных 10В.
Время открытия форсунки меняется и его необходимо отрегулировать.
Мертвого генератора мало, надо ездить и двигатель не должен переставать работать в таких условиях.
Нам не хватило исполнительных механизмов для работы на холостом ходу, когда мы вообще не трогаем педаль - двигатель не должен глохнуть, его работу нужно поддерживать.
Для этого есть специальный привод - RXX — р регулятор Икс голый Икс Ах, да.
Это шаговый двигатель (реже просто электромагнит), который через специальный канал позволяет двигателю «дышать» мимо дроссельной заслонки, перекрывающей воздух.
Умный мозг не дает двигателю заглохнуть и приоткрывает этот клапан при падении оборотов.
Но и уйти не дает - накрывает, когда скорость слишком сильно возрастает. Нам также было бы полезно знать, с какой силой водитель нажимает на педаль акселератора.
Для этих целей смотрят не на положение педали, а на положение заслонки, которой эта педаль управляет. Так называется датчик - ТПДЗ — д датчик п положения д Россельная час аслонки.
Технически это просто потенциометр, который измеряет, насколько далеко повернут вал дроссельной заслонки.
Зачем нам знать, с какой силой водитель нажимает на пол, спросите вы? Все просто, надо знать, когда включать режим холостого хода (помним про РХХ), когда водитель жаждет острых ощущений и энергично нажимает на педаль – это не время экономить, льемся от души! Экологические стандарты довольно жестко контролируют то, что «выдыхает» наш двигатель (даже если выдыхает).
Так что, даже если захотеть, залить «на глазок» не получится.
необходимо контролировать состав выхлопных газов.
Как это сделать? Для этого существует так называемая Лямбда-зонд или кислородный датчик – датчик, который показывает, сгорела ли смесь целиком, есть ли в выхлопных газах топливо или свободный кислород. На основании показаний этого датчика форсунка может корректировать свое поведение, увеличивая или уменьшая количество подаваемого топлива.
Это нужно довольно часто – бензин везде разный и даже просто хранящийся в канистре или баке он стареет. А о наших заправках мы можем слагать легенды.
Соответственно, режимы его горения совсем не постоянны.
Кроме того, производительность форсунок может «плавать».
Ведь, как вы понимаете, расчет основан на их постоянной производительности, а со временем форсунка может засориться, и ее производительность может снизиться.
Но стандарты строгие, бензин дорогой, и приходится ездить.
Внимательный читатель заметил, что одного этого датчика достаточно для обратной связи.
Смотрим на состав выхлопных газов; если не все пригорело, льем меньше.
Если он сгорит полностью, налейте еще.
Лямбда-зонды бывают двух типов — узкополосные и широкополосные.
Они отличаются точностью.
Первые лишь показывают, богата или бедна наша смесь, вторые показывают, насколько она богата или бедна.
Они даже точно указывают на ту же самую АФР, упомянутую в начале статьи.
И цена, конечно.
Первые стоят 25 долларов, вторые — 200 долларов.
С лямбдами тоже не всё просто — они достаточно капризны, требуют для работы определённой температуры, а это не всегда возможно; в некоторых типах щупов рабочий элемент специально подогревается от бортовой сети.
Да, лямбды может быть и больше, но это тонкости.
Еще одним датчиком, используемым для анализа происходящего в двигателе, является датчик детонации.
Детонация – это процесс сгорания топлива, происходящий со взрывом.
В обычном режиме топливо просто сгорает; при детонации топливо взрывается.
Это вредно для двигателя – это как ударить молотком по поршню.
Никто не любит, когда его бьют молотком, поршень не исключение.
Это явление крайне нежелательно и для определения того, что смесь детонирует, используется такой датчик.
Принцип его работы аналогичен микрофону, который «слушает» двигатель (датчик крепится к блоку цилиндров) и на основании услышанного пытается отфильтровать шум двигателя и понять, где детонация, а где норма.
операция есть.
Здесь тоже не все просто.
Для облегчения работы этого датчика также устанавливают датчик неровной дороги, который будет показывать, что именно наши дороги создают столько шума, а не двигатель.
Спрос на этот датчик возрастает в двигателях с турбонаддувом.
В результате сам мозг работает примерно следующим образом: Существует так называемая топливная карта – таблица, в которой записано, какого состава должна быть смесь.
Таблица имеет три измерения — частота вращения двигателя, нагрузка двигателя и сама AFR. Мы просто берем из таблицы значение, заложенное туда опытным другом.
Регулируем эту величину в соответствии с показаниями датчиков температуры, лямбда-зонда, датчика детонации, изменения положения дроссельной заслонки и в соответствии со всеми этими поправками (некоторые из них есть и в пластинах) рассчитываем необходимое количество топливо.
Пересчитываем объем топлива при открытии форсунки в соответствии с ее производительностью, регулируем время в соответствии с напряжением бортовой сети и в момент приема открываем форсунку на расчетное время.
Как видите, ничего сложного и заумного здесь нет. Просто таблицы, может где-то ПИД-регулятор, влияют на коэффициенты тех или иных факторов и, в конечном итоге, просто на время открытия форсунки.
С зажиганием тоже самое, только там есть карта углов, аналогичная карте топлива (тоже таблица) и еще регулировки в соответствии с показаниями датчиков.
В обычном режиме все работает, но что делать, если один из датчиков вышел из строя? И как нам это понять? Если датчик температуры, например, показывает, что двигатель нагрет до 200 градусов, или что смесь детонирует, несмотря на все регулировки? Это задумчивость мозга.
Выяснив, что датчик врет, игнорируем его показания, включаем «check engine» на панели и продолжаем работу.
Благодаря такому поведению двигатель сохранит работоспособность при выходе из строя некоторых датчиков (не всех, как вы понимаете) и позволит доехать до СТО.
Да, многие из вас заметят, что инжектор по своей сути является довольно простым устройством.
И схематически там ничего военного нет — входящие значения считывает АЦП, выходные значения полностью двоичные.
Ну выходные транзисторы, ну условия эксплуатации достаточно суровые.
Но это не далекий космос.
По поводу работы прошивки тоже вроде все не так сложно.
На мой взгляд, это проще всяких алгоритмов распознавания изображений и всё такое.
В процессе настройки саму прошивку обычно никто не трогает. В том смысле, что не существует такого понятия, как открытие исходников, корректировка алгоритмов, оптимизация чего-либо.
Просто софт, позволяющий менять те самые топливные карты и прочие коэффициенты.
А инженеры на заводах уже делают прошивки.
Или простые смертные, которым интересно.
Да-да, не все готовы платить астрономические суммы денег за «мозги», а некоторым, возможно, просто хочется большего контроля над происходящим.
Все это привело к тому, что появилось несколько проектов вполне доступных «мозгов».
Есть мегасквирт - www.megamanual.com/index.html , для этой аппаратной базы в дальнейшем была написана и поддержана кастомная прошивка с расширенным функционалом - msextra.com/doc/index.html На последнем сайте даже есть схемы этих «мозгов», возможно, некоторым электронщикам будет интересно.
Программистам может быть интересно посмотреть на код. Если я не ошибаюсь, оно здесь.
msextra.com/doc/ms2extra/files/release/ms2extra_3.2.1_release.zip Еще есть ВЕМС - www.vems.hu/wiki который сначала назывался megasquirtAVR, но теперь стал самостоятельным.
Я тоже видел таких ребят - forum.diyefi.org У них там есть какой-то проект FreeEMS. На мой взгляд, все это показывает, что все не так уж и сложно и местами даже очень доступно.
Надеюсь, получилось достаточно интересно и в меру понятно.
Пожалуйста, напишите мне личное сообщение об опечатках.
Если я где-то ошибся, поправьте меня.
Теги: #Компьютерное железо #ДВС #инжектор
-
Обертки Htaccess С Php
19 Oct, 24 -
Сопоставление Шаблонов В Java 8
19 Oct, 24 -
Что-То Интересное
19 Oct, 24 -
Ip Doorbell – Интерактивный Дверной Звонок
19 Oct, 24
