Устройство и принцип действия системы впрыска L -Джетроник

Расчет затрат на исследование

Расчет затрат на исследование приведён в таблице 4.9.

В данной таблице сначала рассчитываются затраты на количество произведенных экспериментов, а затем выполняется расчет на один эксперимент.

Затраты на единицу продукции по отдельным видам затрат (з) определяются по формуле (4.13):

, (4.13)

где З – затраты всего объёма продукции, руб.;

В – общий объем выпуска продукции (количество экспериментов) в натуральном выражении.

Затраты основных материалов на единицу продукции:

, руб.

Таблица 4.9

Затраты на исследование перехода хрома в наплавленный металл при сварке стали 20Х13 электродами различных марок

По результатам выполненных расчетов выявлено, что основные затраты приходятся на стоимость основных материалов около 54,9%. Это обусловлено тем, что заработная плата лаборанта была рассчитана только за период эксперимента, что и поставило её на второе место по затратам. Иначе, заняв первое место, она охарактеризовала бы эксперимент, как научное производство, каким и является исследовательская работа.

Система впрыска L-Джетроник является одной из первых систем электронного впрыска топлива.

Установленный с торца распредели­тельной магистрали 4, регулятор давления топлива 5 в системе поддер­живает постоянное давление впрыска и осуществляет слив излишнего топлива в бак (рис. 4.19). Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок.

Основу системы составляет электронный блок управления 6 (микро ЭВМ). Количество впрыскиваемого топлива определяемого временем открытия электромагнитной форсунки, зависит от сигнала подаваемого блоком управления. В блок управления поступает информация о частоте вращения коленчатого вала от индукционного датчика прерывателя-распределителя 20; о температуре двигателя от датчика температуры охлаждающей жидкости 23; о качестве сгорания топливовоздушной смеси от кислородного датчика (лямбда-зонда) 24, расположенного в выпускной системе двигателя; о нагрузке двигателя от датчика расходомера воздуха 8; о степени открытия дроссельной заслонки от датчика-выключателя дроссельной заслонки 7.

Основным параметром, определяющим дозировку топлива, являет­ся объем всасываемого воздуха, измеряемый расходомером воздуха. По­ступающий воздушный поток отклоняет напорную измерительную за­слонку расходомера воздуха, преодолевая усилие пружины, на опреде­ленный угол, который преобразуется в электрическое напряжение по­средством потенциометра. Соответствующий электрический сигнал пе­редается на блок электронного управления, который определяет необ­ходимое количество топлива в данный момент работы двигателя и вы­дает на электромагнитные клапаны рабочих форсунок импульсы вре­мени подачи топлива. Топливо из распределительной магистрали поступает к электромагнитным форсункам. Независимо от положения впускных клапанов, форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя (за цикл, за два такта).

Если впускной клапан в момент впрыска закрыт, топливо накапли­вается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.

Клапан дополнительной подачи воздуха 14, установ­ленный в воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке, подводит к двигателю добавочный воздух при холодном пус­ке и прогреве двигателя, что приводит к увеличению частоты враще­ния коленчатого вала. Для ускорения прогрева используются повышен­ные обороты холостого хода (более 1000 об/мин).

Для облегчения пуска холодного двигателя применяется электромагнитная пус­ковая форсунка 17, продолжительность открытия которой изменяется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Рис. 4.19. Электронная система впрыска L-Джетроник:

1 – замок зажигания; 2 – топливный бак; 3 – регулятор давления; 4 – топливопровод обратного слива; 5 – трубопровод подвода разрежения; 6 – распределительная магистраль; 7 – топливный насос; 8 – топливный фильтр; 9 – рабочая электромагнитная форсунка; 10 – блок цилиндров двигателя; 11 – температурный датчик включения пусковой форсунки; 12 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 13 – прерыватель-распределитель; 14 – потенциометр дроссельной заслонки; 15 – блок управления; 16 – высотный корректор; 17 – блок реле; 18 – расходомер воздуха; 19 – подвод воздуха; 20 – винт качества смеси (СО); 21 – винт регулировки частоты вращения коленчатого вала; 22 – клапан добавочного воздуха; 23 – пусковая форсунка

При запуске холодного двигателя в цилиндры поступает повышенное количество топлива, в то время как дроссельная заслонка прикрыта и воздуха для работы двигателя недостаточно. В это время по сигналу блока управления открывается клапан дополнительной подачи воздуха, подающий воздух во впускной трубопровод, минуя дроссельную заслонку, что обеспечивает устойчивую работу двигателя во время прогрева.

Электронный блок управления. Электронный блок управления (ЭБУ) является самым сложным прибором систем управления двигателем или отдельных систем автомобиля и координирует их работу. Основу блока составляет центральный процессор или микрокомпьютер.

ЭБУ (рис. 4.20) размещается в металличес­ком корпусе и соединяется с датчиками, ис­полнительными устройствами и источником питания через многоштырьковый разъем 1.

Рис. 4.20. Электронный блок управления

1 – разъем; 2 – задающие каскады малой мощности 3 – импульсный источник питания (SMPS); 4 – CAN интерфейс (интерфейс шины передачи данных); 5 – блок памяти микропроцессора; 6 – задающие каска­ды большой мощности; 7 – входные и выходные контуры

Компоненты электронной системы для непосредственного управления исполни­тельными устройствами располагаются в корпусе ЭБУ таким образом, чтобы обеспе­чить хорошее рассеяние тепла в окружаю­щую среду. Большинство компонентов ЭБУ выпол­няется по технологии SMD (Surface-Mounted Device – платы с поверхностным монтажом). Обычная проводка используется только в некоторых элементах питания и в разъемах.

ЭБУ получает электрические сигналы от датчиков или от генераторов в ожидаемом интервале значений, оценивает их и затем прово­дит вычисление пусковых сигналов для исполнительных устройств (приводов).

Входные сигналы. Наряду с периферийными исполнитель­ными устройствами, датчики представляют интерфейс между автомобилем и ЭБУ, ко­торый является блоком обработки данных. ЭБУ получает электрические сигналы от датчиков по проводке автомобиля и через разъемы. Эти сигналы могут быть аналоговыми, цифровыми и импульсными (рис. 4.21).

Рис. 4.21. Схема блока управления:

Н – высокий уровень; L – низкий уровень; FEPROM – программируемая память (постоянное запоминающие устройство); EEPROM – постоянная память (ПМ); RAM – оперативная память (ОП); A/D–АЦП; CAN – шина передачи данных

Цифровые входные сигналы. Эти входные сигналы имеют только два состояния – "высокий уровень" и "низкий уровень". Примерами цифровых входных сигналов являются сигналы включения/вык­лючения или сигналы цифровых датчиков, таких, как импульсы от датчика Холла. Такие сигналы обрабатываются непосредственно микропроцессором.

Аналоговые входные сигналы. В пределах заданного диапазона анало­говые входные сигналы принимают значе­ния напряжения. Примерами физических величин, кото­рые рассматриваются как аналоги изме­ренных значений напряжения, являются массовый расход воздуха на впуске, нап­ряжение аккумуляторной батареи, давле­ние во впускном коллекторе и давление наддува, температура охлаждающей жид­кости и воздуха на впуске. Аналогово-цифро­вой преобразователь (АЦП) в микропро­цессоре ЭБУ преобразует эти значения в цифровые сигналы, с которыми затем мик­ропроцессор проводит расчеты. Разновидностью аналоговых сигналов являются быстро изменяющиеся сигналы напряжения, называемые импульсными входными сигналами.Импульсные входные сигналы от индук­тивных датчиков, содержащие информацию о частоте вращения и положении вала (по метке) обрабатываются в их собственном контуре в ЭБУ. Здесь ложные импульсы по­давляются, импульсные сигналы преобразу­ются в цифровые прямоугольные сигналы.

Формирование сигналов. Для ограничения напряжения входных сиг­налов до максимально допустимого значения в ЭБУ используются защитные цепи. Путем применения устройств фильтрации наложен­ные сигналы помех в большинстве случаев от­деляются от полезных сигналов, которые, в случае необходимости, затем усиливаются до допустимого уровня входного сигнала ЭБУ.

Формирование сигналов в датчиках мо­жет быть полным или частичным, в зависи­мости от уровня их интегрированности.

Обработка сигналов. ЭБУ является управляющим центром сис­темы, являющимся ответственным за после­довательность функциональных операций. Управляющие функции с учетом и без учета обратной связи выполняются в микропро­цессоре. Входные сигналы, формируемые датчиками, генераторами с ожидаемыми значениями параметров и интерфейсами других систем, служат как входные коорди­наты. Они подвергаются дальнейшей про­верке на достоверность в компьютере. Входные сигналы обрабатываются специальными формирователями либо преобразуются в цифровую форму входными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). После формирования управляющих сигналов с необходимыми параметрами (частота, скважность, длительность и т.д.), они поступают на выходные ключи (драйверы), осуществляющие усиление по току и непосредственное управление различными исполнительными элементами (форсунки, реле, соленоиды, катушка (катушки) зажигания и т. д.).

Вы­ходные сигналы рассчитываются с исполь­зованием программ, характеристик и прог­раммируемых матриц. Микропроцессор синхронизируется кварцевым генератором. Выходные ключи выполнены на базе мощных транзисторов структуры п-р-п, в большинстве случаев это составные транзисторы Дарлингтона и непосредственное управление различными исполнительными элементами (форсунки, реле, соленоиды и т. д.) включается в коллекторные цепи выходных ключей; активация того или иного компонента осуществляется переводом выходного ключа в открытое состояние (такой способ управления иногда называется "коммутацией на "массу").

Программируемая (перезаписываемая память). Для своей работы микропроцессору тре­буется программа, которая хранится в программируемой памяти (постоянное за­поминающие устройство – ROM, или EPROM/FEPROM).

Эта память предназначена только для считывания информации. Она также содержит также специ­альные данные (индивидуальные данные, характеристические и программируемые матрицы, значения поправочных коэффициентов и данные, необходимые процессору для расчетов длительности управляющих импульсов форсунок, угла опережения зажигания и т.п.). Это фиксированные данные, ко­торые не могут быть изменены во время уп­равления автомобилем. Перезаписывающая память является энергонезависимой, т.е. вся занесенная в нее информация сохраняется при отключении энергопитания сколь угодно долго.

Оперативная память (RAM) требуется для хранения таких изменяющихся данных, как численные значения сигналов. Для правиль­ной работы оперативная память требует постоянного электрического питания. При выключении зажигания или выключателя пуска ЭБУ выключается и, следовательно, теряет всю память (так называемая "испа­ряющаяся" память). Адаптирующие значе­ния величин, то есть тех, которые "обучают­ся" системой во время работы и которые ка­саются работы двигателя рабочих режимов, должны быть восстановлены при включении ЭБУ в работу.

Данные, которые не должны быть потеряны (например, коды иммобилайзера и данные кодов неисправности) должны постоянно храниться в постоянной памяти (EEPROM). В этом случае данные в постоянной памяти не теряются даже в случае отсоединения ак­кумуляторной батареи.

Блок текущего контроля. ЭБУ оснащается следящим контуром, который встроен в специализированную интегральную схему (ASIC – Application-Specific Integrated Circuit). ASIC оснащаются по­вышенной оперативной памятью (extra RAM) и усовершенствованными входными и вы­ходными блоками и могут генерировать и передавать сигналы широтно-импульсной модуляции. Микропроцессор и блок текущего контроля следят друг за другом и, как только обнаруживается неисп­равность, любой из них может выключить подачу топлива независимо от другого.

Выходные сигналы. Используя свои выходные сигналы, мик­ропроцессор запускает задающие каскады. Выходные сигналы обычно являются доста­точно мощными, чтобы непосредственно уп­равлять исполнительными устройствами или реле. Задающие каскады защищены от короткого замыкания на массу или аккуму­ляторную батарею, а также от разрушения от электрической перегрузки. Такие наруше­ния в работе, вместе с обрывами цепи или неисправностями датчиков, определяются контроллером задающих каскадов, и эта информация передается в микропроцессор. Выходные сигналы могут быть переключающими и сигналами широтно-импульсной модуляции.

Переключающие сигналы используются для включения и выключения исполнительных устройств, например, электровентилятора системы охлаждения двигателя.

Сигналы широтно-импульсной модуляции (PWM signals). Выходные цифровые сигналы могут быть в форме сигналов широтно-импульсной моду­ляции. Это прямоугольные сигналы с посто­янным периодом, но переменные по времени (рис. 4.22), которые могут быть использованы для пуска электромагнитных приводов, нап­ример, клапана системы рециркуляции ОГ.

Рис. 4.22. Сигналы широтно-импульсной модуляции:

а – постоянный период; b – длительность сигнала

Передача данных другим системам. Обзор систем. Увеличивающееся применение электрон­ных систем управления автомобилей с об­ратной и без обратной связи требует, чтобы индивидуальные электронные блоки управ­ления работали в сети друг с другом. Такие системы управления включают в себя:

- управление коробкой передач;

- электронное управление двигателем, или регулирование подачи топлива;

- антиблокировочную систему тормозов (ABS);

- противобуксовочную электронную систе­му (TCS);

- электронную систему курсовой устойчи­вости (ESP);

- систему управления тормозным момен­том (MSR);

- электронный иммобилайзер (EWS);

- бортовой компьютер и т.д.

Обмен информацией между системами уменьшает общее количество необходимых датчиков и улучшает управление отдельны­ми системами. Интерфейсы систем переда­чи информации, проектируемые для приме­нения в автомобилях, могут быть подразделены на две категории:

- обычные интерфейсы;

- последовательные интерфейсы, то есть сеть контроллеров (CAN).

Обычная передача данных (интерфейсы). Обычная передача данных в автомобиле ха­рактеризуется тем, что каждый сигнал име­ет свой собственный канал связи (рис. 4.23). Двоичные сигналы могут быть переданы только как один из двух возможных состоя­ний – «1» и «0» (двоичный код), например, для компрессора кондиционера «On» и «Off». «ON/Off» отношения могут быть использова­ны для передачи постоянно изменяющихся параметров, таких как, например, рабочее состояние датчика положения педали аксе­лератора.

Рис. 4.23. Схема обычной передачи данных

Увеличение обмена данными между элект­рическими компонентами автомобиля уже достигли таких объемов, что дальнейшие попытки управления через обычные интер­фейсы уже не удовлетворяют современные системы управления, поэтому стали применяться шины передачи данных.

Последовательная передача данных (CAN).

В связи с возросшими требованиями передачи информации в автомобильных системах управления, вместо обычной электропроводки в современных автомобилях все более широкое распространение находят электронные цифровые шины данных CAN (Controller Area Network). Цифровая передача дан­ных значительно надежнее обычной аналоговой – шина лучше защищена от помех, контакты надежнее изолиро­ваны от внешних воздейст­вий. CAN-шина облегчает диагностику и ремонт вышедших из строя компонентов. Универсальная проводка подходит и для разных комплектаций одного автомобиля – дополнительные устройства просто подключа­ются к нужным разъемам.

CAN-шина относится к типу последовательных шин. Дан­ные передаются бит за битом, из них складываются так на­зываемые кадры – основные информационные единицы. Для последовательной пере­дачи нужно минимальное ко­личество проводников. Чаще всего используют двухпроводную витую пару или однопроводное соединение, где функцию второго проводни­ка, как в обычной автомо­бильной электрической схеме, вы­полняет кузов («масса»). Про­водником могут служить так­же радиоканал, инфракрас­ное излучение или оптово­локно. В результате схема со жгу­тами и многочисленными подключениями уступает ме­сто единственному проводу со стандартными разъемами.

CAN - мультимастерная шина, то есть без центрально­го управляющего устройства. Все подключаемые электрон­ные блоки (или контроллеры) равноправны – любой имеет доступ к передаваемым данным и может сам передавать. Контроллеры отсле­живают информацию: по принципу «слушаю всех», то есть каждый читает все проходящие по шине кадры, но принимает лишь адресованные ему данные. Например, блок управления климатиче­ской установкой пропустит ненужные сиг­налы от датчика уровня топ­лива или ABS, а считает толь­ко необходимые сведения о температуре забортного воз­духа, охлаждающей жидко­сти, частоте вращения коленчатого вала двигателя и т.д. Другой принцип общения на шине позаимствован из компьютерных сетей и назы­вается «один говорит – осталь­ные слушают». Единовремен­но передавать данные может только один контроллер. Если данные передаются и другим контроллером конфликт разрешается по специальному алгоритму. При этом каждый из контроллеров сравнивает бит, передаваемый на шину, с би­том другого блока управле­ния. Если значения этих битов равны, то оба контроллера пе­реходят к сличению следую­щей пары до тех пор, пока биты не будут отличать­ся. Приоритет получает тот контроллер, который пытался передать логический ноль – другой блок управления ждет, пока шина не освободится.

Теоретически шину можно сделать любой длины и раз­местить на ней сколько угодно контроллеров. Однако на практике ограничивают и то, и другое. Это связано с тем, что скорость распро­странения сигналов не бесконечна, а все электрон­ные блоки должны получать информацию одновременно. Поэтому быстродействую­щие шины делают коротки­ми – длиной не более 10 м, чтобы получить предельную скорость 2 Мбит/с.

На одной шине устанавливают обычно не более 64 контроллеров. Для увеличения передачи объема информации прокладывают несколь­ко независимых цепей, потому что не все системы требуют мак­симального быстродействия CAN.

В современных автомобилях, как правило, применяются три вида шин, работающие с раз­ными скоростями. Жизненно важные устройства и систе­мы (ABS, ESP и блок управле­ния двигателем) подключают­ся к скоростной магистрали с пропускной способностью 500 кбит/с. Менее быстрые и важные приборы (радио, мо­нитор на центральной консо­ли, система навигации и кон­диционирования) завязаны на другую шину со скоростью 95,2…100 кбит/с.

Для остальных «медленных» устройств (двер­ных замков, систем освеще­ния, стеклоподъемников) служит третья шина с скоростью - 33,3 кбит/с.

Вместо ключа зажигания в автомобилях, оборудованных CAN-шинами, все чаще используют элек­тронный брелок, который взаимодействует с блоком управ­ления двигателем через цифровую шину.

В автомобилях CAN-шины применяются для:

- сети электронных блоков управления;

- бортовых электронных систем;

- мобильной связи.

Представленное ниже описание касается только сети электронных блоков управления.

Сеть электронных блоков управления. Системы электронного управления, такие как управление двигателем, антиблокировочная система тормозов (ABS), противобуксовочная система (TCS), система управления коробкой передач, система курсовой устойчивости (ESP) и другие взаимодействуют друг с дру­гом в сети. Электронные блоки управления имеют равный приоритет и соединены между собой линейной системой шин передачи дан­ных. Одним из преимуществ такой структуры является то, что в случае отказа од­ной системы (абонентская система) все ос­тальные продолжают работать, имея полный доступ в сети.

Возможность тотальной неисправности ста­новится значительно меньшей, чем при дру­гих системах с логическими схемами, таких, как системы с обратной связью или иерар­хических системах, в которых неисправ­ность одного блока или центрального элект­ронного блока управления приводит к полному отказу всей системы. Типичный объем передачи данных систе­мой CAN составляет величины в пределах от 125 кбит/с до 1 Мбит/с. Объем передачи данных должен быть достаточно большим, чтобы гарантировать требуемое быстродействие систем.