Электронная система управления двигателем
Электронная система управления двигателем
Система управления двигателем (ЭСУД) – это электронная система, задача которой обеспечить правильную работу одной и более систем двигателя. Электронная система управления двигателем – это своеобразный компьютер, который отвечает за контроль и выполнение необходимых задач для правильного функционирования. Толчок в развитии электронная система управления получила благодаря поиску и решению технических задач системы впрыска и системы зажигания. Но в процессе совершенствования, электронная система управления отвечает не только за работу вышеупомянутых систем, но и управляет топливной системой, системой охлаждения, системой впуска топливной смеси и выпуска отработавших газов, системой тормозов, системой улавливания паров бензина и др.
Электронный блок управления считывает данные с различных датчиков двигателя и управляет его системами. Контроль работы двигателя и управление его системами позволяет работать в оптимальном режиме и сохранять требуемые нормы токсичности и расхода топлива. Лидирующие позиции в производстве электронных систем управления занимают компании Bosch и General Motors.
Работа электронного блока управления происходит во взаимодействии с блоками управления автоматической коробки передач (АКПП), электроусилителя рулевого колеса, системой ABS, системы безопасности.
Устройство электронной системы управления двигателем
1– адсорбер; 2- запорный клапан системы управления паров бензина; 3 – датчик давления во впускном коллекторе; 4 - топливный насос высокого давления; 5 - датчик давления топлива в контуре низкого давления; 6 - датчик давления топлива в контуре высокого давления; 7 – форсунка впрыска; 8 - клапан регулирования фаз газораспределения; 9 - катушка зажигания; 10 - датчик Холла; 11 - датчик температуры воздуха на впуске; 12 - блок управления дроссельной заслонкой с датчиком положения; 13 - управляющий клапан системы рециркуляции отработавших газов; 14 - потенциометр заслонки впускного коллектора; 15 - датчик детонации; 16 - датчик частоты вращения коленчатого вала; 17 - кислородный датчик; 18 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 19 - блок управления; 20 - диагностический интерфейс; 21 – датчик положения педали акселератора; 22 – топливный насос; 23 - кислородный датчик; 24 - датчик температуры отработавших газов; 25 - датчик оксидов азота.
Как работает электронная система управления двигателем
Принцип работы электронной системы управления двигателем заключается в комплексном управлении величины крутящего момента двигателя. Если говорить проще, система управления двигателем регулирует величину крутящего момента в зависимости от режима работы двигателя.
Изменение величины крутящего момента производиться путем регулирования наполнения цилиндров воздухом и регулированием угла опережения зажигания.
Система управления двигателем (EMS):
EMS обозначает систему управления двигателем. Он состоит из широкого спектра электронных и электрических компонентов, таких как датчики, реле, исполнительные механизмы и блок управления двигателем. Кроме того, они работают вместе, чтобы предоставить Системе управления двигателем важные параметры данных. Они необходимы для эффективного управления различными функциями двигателя. Система управления двигателем включена в современные технологии двигателей.Они включают системы MPFi & GDi в бензиновых двигателях и систему CRDi в дизельных двигателях для повышения производительности.
Система управления двигателем: что такое ECU / ECM?
ECU обозначает блок управления двигателем и ECM для блока управления двигателем. Оба одинаковы. ECU / ECM также является общим термином для любого электронного блока управления / модуля соответственно.
ECU (Фото: Courtesy Bosch)Блок управления двигателем:
Блок управления двигателем является центральной частью системы управления двигателем, которая фактически является «мозгом» двигателя.Он играет важную роль в сборе, анализе, обработке и выполнении данных, которые он получает из различных подсистем. Кроме того, ECU содержит компьютер, который использует микрочип для обработки входных сигналов от различных датчиков двигателя в режиме реального времени.
Вход и выход ECUЭлектронный блок управления содержит аппаратное и программное обеспечение. Печатная плата (PCB) блока ECU состоит из микроконтроллера или центрального процессора (центрального процессора). Программное обеспечение хранится на микроконтроллере или микросхемах на печатной плате.Можно перепрограммировать ЭБУ, обновив программное обеспечение или заменив микросхемы. Все датчики двигателя посылают входные данные посредством электрических сигналов в ЭБУ. ЭБУ, в свою очередь, управляет различными приводами, моментом зажигания, переменным моментом клапана и т. Д.
Как работает ЭБУ?
На основе этих данных ECU точно рассчитывает и выдает идеальную воздушно-топливную смесь. Он также регулирует скорость холостого хода двигателя и ограничивает максимальную скорость автомобиля. Эта система также широко упоминается как « Электронная система управления двигателем » или EMS.Кроме того, можно настроить современные ЭБУ, чтобы они соответствовали разным автомобильным приложениям и различным требованиям клиентов. Кроме того, в некоторых автомобилях предусмотрен отдельный «Модуль управления» для всех основных систем. Современный автомобиль имеет следующие отдельные модули управления, которые управляют соответствующими системами.
Различные модули управления в автомобилеБлок управления двигателем подключается ко всем отдельным электронным модулям управления (ECM). Современный автомобиль состоит из более чем одного модуля управления, каждый из которых предназначен для каждой крупной системы, которая повышает производительность.Производители редко называют эти системы автомобильными компьютерами, поскольку это несколько компьютеров, а не один.
Диаграмма, показывающая различные модули управления в современном автомобилеBosch, Delphi и Hitachi являются одними из ведущих производителей систем управления двигателями в мире.
Подробнее: Какие датчики двигателя и как они работают? >>
О CarBikeTech
CarBikeTech - технический блог. Его участники имеют опыт работы более 20 лет в автомобильной сфере.CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильной технике.
Просмотреть все сообщения от CarBikeTech
,электронная система управления двигателем Wikipedia
Блок управления двигателем ( ECU ), также обычно называемый модулем управления двигателем ( ECM ), представляет собой тип электронного блока управления, который управляет серией исполнительных механизмов на двигателе внутреннего сгорания для обеспечения оптимального двигателя производительность. Это достигается путем считывания значений с множества датчиков в отсеке двигателя, интерпретации данных с использованием многомерных карт производительности (так называемых таблиц поиска) и настройки исполнительных механизмов двигателя.До ЭБУ воздушно-топливная смесь, момент зажигания и скорость холостого хода были механически установлены и динамически контролировались механическими и пневматическими средствами.
Если ЭБУ контролирует топливопроводы, то это называется электронной системой управления двигателем ( EEMS ). Система впрыска топлива играет главную роль в управлении подачей топлива в двигатель. Весь механизм EEMS контролируется набором датчиков и исполнительных механизмов.
Работы []
Контроль соотношения воздух-топливо []
Большинство современных двигателей используют какой-либо тип впрыска топлива для подачи топлива в цилиндры.ECU определяет количество впрыскиваемого топлива на основании количества показаний датчика. Кислородные датчики сообщают ЭБУ, работает ли двигатель богатым (слишком много топлива или слишком мало кислорода) или работает бедно (слишком много кислорода или слишком мало топлива) по сравнению с идеальными условиями (известными как стехиометрические). Датчик положения дроссельной заслонки сообщает ЭБУ, насколько далеко открыта дроссельная заслонка при нажатии педали газа (педаль газа). Датчик массового расхода воздуха измеряет количество воздуха, поступающего в двигатель через дроссельную заслонку.Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя измеряет, прогрелся ли двигатель или остыл. Если двигатель еще не остыл, впрыскивается дополнительное топливо.
Управление карбюраторами воздушно-топливной смесью с компьютерами разработано по аналогичному принципу, но в поплавковый стакан карбюратора встроен соленоид управления смесью или шаговый двигатель.
Контроль скорости холостого хода []
Большинство систем двигателя имеют встроенный регулятор скорости холостого хода. Число оборотов двигателя контролируется датчиком положения коленчатого вала, который играет основную роль в функциях синхронизации двигателя для впрыска топлива, искровых событий и фаз газораспределения.Скорость холостого хода регулируется программируемым остановом дроссельной заслонки или шаговым двигателем управления байпасом холостого хода. Ранние системы на основе карбюратора использовали программируемый останов дроссельной заслонки с использованием двунаправленного двигателя постоянного тока. Системы раннего впрыска дроссельной заслонки (TBI) использовали шаговый двигатель холостого хода. Эффективное управление скоростью холостого хода должно предвосхищать нагрузку двигателя на холостом ходу.
Полноценная система управления дроссельной заслонкой может использоваться для контроля скорости холостого хода, обеспечения функций круиз-контроля и ограничения максимальной скорости.Он также контролирует секцию ECU для надежности.
Управление изменением фаз газораспределения []
Некоторые двигатели имеют переменный фаз газораспределения. В таком двигателе ECU контролирует время в цикле двигателя, в которое открываются клапаны. Клапаны обычно открываются быстрее при более высокой скорости, чем при более низкой скорости. Это может увеличить поток воздуха в цилиндр, увеличивая мощность и экономию топлива.
Электронное управление клапанами []
Были изготовлены и испытаны экспериментальные двигатели, которые не имеют распределительного вала, но имеют полный электронный контроль открытия впускного и выпускного клапана, закрытия клапана и площади открытия клапана. [1] Такие двигатели могут запускаться и работать без стартера для некоторых многоцилиндровых двигателей, оснащенных высокоточным электронным зажиганием и впрыском топлива. Такой двигатель с статическим запуском обеспечил бы повышение эффективности и уменьшение загрязнения мягкого гибридного электрического привода, но без затрат и сложности двигателя стартера большого размера. [2]
Первый серийный двигатель этого типа был изобретен (в 2002 году) и представлен (в 2009 году) итальянским автопроизводителем Fiat в Alfa Romeo MiTo.Их двигатели Multiair используют электронное управление клапанами, которые значительно улучшают крутящий момент и мощность, снижая при этом расход топлива до 15%. В основном, клапаны открываются гидравлическими насосами, которые управляются ЭБУ. Клапаны могут открываться несколько раз за такт впуска, в зависимости от нагрузки двигателя. ECU затем решает, сколько топлива нужно впрыснуть, чтобы оптимизировать сгорание.
В условиях постоянной нагрузки клапан открывается, впрыскивается топливо, а клапан закрывается. При внезапном увеличении дроссельной заслонки клапан открывается в том же такте впуска и впрыскивается большее количество топлива.Это позволяет немедленное ускорение. Для следующего хода ECU рассчитывает нагрузку двигателя при новых, более высоких оборотах и решает, как открыть клапан: ранний или поздний, широко открытый или полуоткрытый. Оптимальное открытие и время всегда достигнуты, и сгорание максимально точно. Это, конечно, невозможно с обычным распределительным валом, который открывает клапан на весь период впуска и всегда до полного подъема.
Исключение кулачков, подъемников, коромысел и комплектов ГРМ снижает не только вес и объем, но и трение.Значительная часть мощности, которую фактически производит двигатель, расходуется только на привод клапанов, сжимая все эти клапанные пружины тысячи раз в минуту.
После более полного развития электронная работа клапанов даст еще больше преимуществ. Например, деактивация цилиндра может быть значительно более экономичной, если впускной клапан можно открывать при каждом нажатии вниз, а выпускной клапан открывать при каждом ходе деактивированного цилиндра или «мертвой дыры». Другим, еще более значительным достижением будет устранение обычного газа.Когда автомобиль работает на частичном дросселе, это прерывание воздушного потока вызывает избыточный вакуум, что заставляет двигатель расходовать ценную энергию, выступая в качестве вакуумного насоса. BMW попыталась обойти это на своем М-5 с двигателем V-10, в котором были отдельные дроссельные бабочки для каждого цилиндра, расположенные непосредственно перед впускными клапанами. С электронным управлением клапаном можно будет контролировать частоту вращения двигателя, регулируя подъем клапана. При частичном дросселе, когда требуется меньше воздуха и газа, подъем клапана будет не таким большим.Полный газ достигается, когда педаль газа нажата, посылая электронный сигнал в ECU, который, в свою очередь, регулирует подъем каждого события клапана и открывает его полностью вверх.
Программируемость []
Специальная категория ECU - это программируемые; эти единицы могут быть перепрограммированы пользователем.
При модификации двигателя для включения в него послепродажного обслуживания или обновления компонентов штатные ЭБУ могут или не могут обеспечить правильный тип управления для приложений, в которых может использоваться двигатель.Для приспособления к модификациям двигателя можно использовать программируемый ЭБУ вместо ЭБУ, поставляемого на заводе. Типичные модификации, которые могут потребовать обновления блока управления двигателем, могут включать в себя турбонаддув, наддув или оба - безнаддувный двигатель; модернизация впрыска топлива или свечи зажигания, модификация или модернизация выхлопной системы, модернизация трансмиссии и т. д. Программирование ECU обычно требует сопряжения устройства с настольным компьютером или ноутбуком; это сопряжение необходимо, чтобы программирующий компьютер мог отправлять полные настройки двигателя в блок управления двигателем, а также отслеживать состояние двигателя в режиме реального времени.В этом интерфейсе обычно используется USB-соединение или последовательное соединение.
Изменяя эти значения во время мониторинга выхлопов с помощью широкополосного лямбда-зонда, специалисты по настройке двигателя могут определить оптимальный расход топлива, соответствующий скорости вращения двигателя и положению дроссельной заслонки. Этот процесс часто выполняется на объекте производительности двигателя. Динамометр обычно находится в этих местах; Эти устройства могут предоставить специалисту по настройке двигателя полезную информацию, такую как частота вращения двигателя, выходная мощность, крутящий момент, события переключения передач и так далее.Специалисты по настройке часто используют динамометрический корпус для уличных и других высокопроизводительных приложений.
Параметры настройки двигателя могут включать в себя объем впрыска топлива, отображение объема дроссельного топлива, отображение переключения передач и так далее. Хотя упомянутые параметры являются общими, некоторые ЭБУ могут предоставлять другие переменные, в которых программное обеспечение настройки может потенциально измениться. Эти параметры включают в себя:
- Anti-Lag
- Лямбда с замкнутым контуром: позволяет ECU контролировать постоянно установленный лямбда-зонд и модифицировать заправку для достижения требуемого соотношения воздух / топливо.Часто это стехиометрическое (идеальное) соотношение воздух-топливо, которое в традиционных автомобилях с бензиновым (бензиновым) соотношением воздух-топливо составляет 14,7: 1. Это также может быть гораздо более высокий коэффициент для случая, когда двигатель находится под высокой нагрузкой, или, возможно, более низкий коэффициент для случая, когда двигатель работает в условиях круизного хода с низкой нагрузкой, для максимальной эффективности использования топлива.
- Механизм управления
- Время зажигания
- Управление запуском
- Регулятор давления топлива Ограничитель
- Rev
- поэтапный впрыск топлива
- Переходная заправка топливом: Указывает ЭБУ добавить определенное количество топлива при подаче газа.Это называется «ускорение обогащения».
- Переменное время кулачка
- Контроль отходов
- Коррекция температуры воды: позволяет добавлять дополнительное топливо, когда двигатель холодный, например, в сценарии холодного запуска зимой или когда двигатель опасно горячий, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение цилиндра (хотя и не очень эффективным образом, только в случае крайней необходимости).
ЭБУ гоночного класса часто оснащен регистратором данных для записи всех данных датчика для последующего анализа.Это может быть полезно для выявления остановок двигателя, пропусков зажигания или других нежелательных действий во время гонки. Регистратор данных обычно имеет емкость от 0,5 до 16 мегабайт.
Для связи с водителем гоночный ECU часто может быть подключен к «стеку данных», который представляет собой простую панель мониторинга, которая представляет водителю текущие обороты, скорость и другие основные данные двигателя. Эти стеки данных, которые почти всегда являются цифровыми, связываются с ЭБУ, используя один из нескольких протоколов, включая RS-232 или CANbus.Затем информация передается через интерфейс канала передачи данных, который обычно расположен в нижней части рулевой колонки.
Датчики и исполнительные механизмы []
Датчики расхода воздуха, давления, температуры, скорости, отработанного кислорода, * датчика положения детонации и угла поворота коленчатого вала очень важны для EEMS. датчиков
История []
Ранние разработки []
Одной из первых попыток использовать такое унифицированное и автоматизированное устройство для одновременного управления несколькими функциями управления двигателем был Kommandogerät , созданный BMW в 1939 году, для их 801 14-цилиндрового авиационного радиального двигателя. [3] Это устройство заменило 6 элементов управления, используемых для инициирования жесткого ускорения, одним элементом управления в самолете, оснащенном серией 801. Тем не менее, у него были некоторые проблемы: он поднимал двигатель, создавая трудности при полете Fw 190 (Focke-Wulf Fw 190 Wurger), одномоторного немецкого истребителя с одним двигателем, несколько затруднительно, и сначала он переключал нагнетатель шестеренки жесткие и случайные, что может привести к тому, что самолет окажется в крайне опасной стойле.
Разработка интегральных микросхем и микропроцессоров сделала управление двигателем экономически целесообразным в 1970-х годах.В начале 1970-х годов японская электронная промышленность начала производство интегральных микросхем и микроконтроллеров для управления двигателем в японских автомобилях. [4] Система Ford EEC (Electronic Engine Control), в которой использовался микропроцессор Toshiba TLCS-12, была запущена в серийное производство в 1975 году. [5]
гибридных цифровых конструкций []
Гибридные цифровые или аналоговые конструкции были популярны в середине 1980-х годов. При этом использовались аналоговые методы для измерения и обработки входных параметров из механизма, затем использовалась таблица поиска, хранящаяся в чипе цифрового ПЗУ, для получения предварительно вычисленных выходных значений.Более поздние системы вычисляют эти результаты динамически. Система ПЗУ поддается настройке, если хорошо знать систему. Недостаток таких систем состоит в том, что предварительно вычисленные значения являются оптимальными только для идеализированного нового двигателя. Поскольку двигатель изнашивается, система может быть менее способной к компенсации по сравнению с другими конструкциями.
Современный дизайн []
Современные ЭБУ используют микропроцессор, который может обрабатывать входные сигналы от датчиков двигателя в режиме реального времени. Электронный блок управления содержит аппаратное и программное обеспечение (встроенное программное обеспечение).Аппаратное обеспечение состоит из электронных компонентов на печатной плате (PCB), керамической подложки или тонкой слоистой подложки. Основным компонентом на этой плате является микросхема микроконтроллера (MCU). Программное обеспечение хранится в микроконтроллере или других микросхемах на печатной плате, как правило, в СППЗУ или флэш-памяти, поэтому ЦП может быть перепрограммирован путем загрузки обновленного кода или замены микросхем. Это также упоминается как (электронная) система управления двигателем (EMS).
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 заслонками турбокомпрессора.Они также могут связываться с блоками управления коробкой передач или напрямую взаимодействовать с автоматическими коробками передач с электронным управлением, системами контроля тяги и тому подобным. Контроллерная сеть или автомобильная сеть с шиной CAN часто используется для обеспечения связи между этими устройствами.
Современные ЭБУ иногда включают такие функции, как круиз-контроль, управление коробкой передач, управление противоскользящим тормозом, противоугонное управление и т. Д.
Первые ЭБУ «Дженерал Моторс» (GM) имели небольшое применение гибридных цифровых ЭБУ в качестве пилотной программы в 1979 году, но к 1980 году все активные программы использовали микропроцессорные системы.Из-за большого увеличения объема ECU, которые были произведены в соответствии с требованиями Закона о чистом воздухе в 1981 году, только одна модель ECU может быть построена для модели 1981 года. [6] ЭБУ большого объема, который был установлен в автомобилях GM с первого года большого объема, 1981 года, был современной микропроцессорной системой. GM быстро перешла на замену карбюрации впрыском топлива в качестве предпочтительного способа доставки топлива для автомобилей, которые она производила. Этот процесс впервые был реализован в 1980 году с двигателями Cadillac с впрыском топлива, за которым последовал Pontiac 2.5L I4 "Железный герцог" и двигатель Chevrolet 5.7L V8 L83 "Cross-Fire", приводящий в действие Chevrolet Corvette в 1982 году. Cadillac Brougham 1990 года, работающий на двигателе Oldsmobile 5.0L V8 LV2, был последним карбюраторным легковым автомобилем, произведенным для продажи в Североамериканский рынок (модель Volkswagen Beetle 1992 года, оснащенная карбюраторным двигателем, была доступна для покупки в Мексике, но не продавалась в Соединенных Штатах или Канаде), и к 1991 году GM стал последним из крупнейших автопроизводителей США и Японии, отказавшимся от карбюратора и производить все свои легковые автомобили исключительно с двигателями с впрыском топлива.В 1988 году Delco (подразделение электроники GM) произвела более 28 000 ECU в день, что сделало ее крупнейшим в мире производителем бортовых компьютеров с цифровым управлением. [7]
Другие применения []
Такие системы используются для многих двигателей внутреннего сгорания в других областях. В авиационных применениях системы известны как "FADECs" (цифровое управление двигателем полного доступа). Этот вид электронного управления менее распространен в легких самолетах и вертолетах с поршневыми двигателями, чем в автомобилях. "SECU3 с открытым исходным кодом ECU". SECU-3
Внешние ссылки []
,Система управления двигателемВикипедия
Блок управления двигателем ( ECU ), также обычно называемый модулем управления двигателем ( ECM ), представляет собой тип электронного блока управления, который управляет серией исполнительных механизмов на двигателе внутреннего сгорания для обеспечения оптимального двигателя производительность. Это достигается путем считывания значений с множества датчиков в отсеке двигателя, интерпретации данных с использованием многомерных карт производительности (так называемых таблиц поиска) и настройки исполнительных механизмов двигателя.До ЭБУ воздушно-топливная смесь, момент зажигания и скорость холостого хода были механически установлены и динамически контролировались механическими и пневматическими средствами.
Если ЭБУ контролирует топливопроводы, то это называется электронной системой управления двигателем ( EEMS ). Система впрыска топлива играет главную роль в управлении подачей топлива в двигатель. Весь механизм EEMS контролируется набором датчиков и исполнительных механизмов.
Работы []
Контроль соотношения воздух-топливо []
Большинство современных двигателей используют какой-либо тип впрыска топлива для подачи топлива в цилиндры.ECU определяет количество впрыскиваемого топлива на основании количества показаний датчика. Кислородные датчики сообщают ЭБУ, работает ли двигатель богатым (слишком много топлива или слишком мало кислорода) или работает бедно (слишком много кислорода или слишком мало топлива) по сравнению с идеальными условиями (известными как стехиометрические). Датчик положения дроссельной заслонки сообщает ЭБУ, насколько далеко открыта дроссельная заслонка при нажатии педали газа (педаль газа). Датчик массового расхода воздуха измеряет количество воздуха, поступающего в двигатель через дроссельную заслонку.Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя измеряет, прогрелся ли двигатель или остыл. Если двигатель еще не остыл, впрыскивается дополнительное топливо.
Управление карбюраторами воздушно-топливной смесью с компьютерами разработано по аналогичному принципу, но в поплавковый стакан карбюратора встроен соленоид управления смесью или шаговый двигатель.
Контроль скорости холостого хода []
Большинство систем двигателя имеют встроенный регулятор скорости холостого хода. Число оборотов двигателя контролируется датчиком положения коленчатого вала, который играет основную роль в функциях синхронизации двигателя для впрыска топлива, искровых событий и фаз газораспределения.Скорость холостого хода регулируется программируемым остановом дроссельной заслонки или шаговым двигателем управления байпасом холостого хода. Ранние системы на основе карбюратора использовали программируемый останов дроссельной заслонки с использованием двунаправленного двигателя постоянного тока. Системы раннего впрыска дроссельной заслонки (TBI) использовали шаговый двигатель холостого хода. Эффективное управление скоростью холостого хода должно предвосхищать нагрузку двигателя на холостом ходу.
Полноценная система управления дроссельной заслонкой может использоваться для контроля скорости холостого хода, обеспечения функций круиз-контроля и ограничения максимальной скорости.Он также контролирует секцию ECU для надежности.
Управление изменением фаз газораспределения []
Некоторые двигатели имеют переменный фаз газораспределения. В таком двигателе ECU контролирует время в цикле двигателя, в которое открываются клапаны. Клапаны обычно открываются быстрее при более высокой скорости, чем при более низкой скорости. Это может увеличить поток воздуха в цилиндр, увеличивая мощность и экономию топлива.
Электронное управление клапанами []
Были изготовлены и испытаны экспериментальные двигатели, которые не имеют распределительного вала, но имеют полный электронный контроль открытия впускного и выпускного клапана, закрытия клапана и площади открытия клапана. [1] Такие двигатели могут запускаться и работать без стартера для некоторых многоцилиндровых двигателей, оснащенных высокоточным электронным зажиганием и впрыском топлива. Такой двигатель с статическим запуском обеспечил бы повышение эффективности и уменьшение загрязнения мягкого гибридного электрического привода, но без затрат и сложности двигателя стартера большого размера. [2]
Первый серийный двигатель этого типа был изобретен (в 2002 году) и представлен (в 2009 году) итальянским автопроизводителем Fiat в Alfa Romeo MiTo.Их двигатели Multiair используют электронное управление клапанами, которые значительно улучшают крутящий момент и мощность, снижая при этом расход топлива до 15%. В основном, клапаны открываются гидравлическими насосами, которые управляются ЭБУ. Клапаны могут открываться несколько раз за такт впуска, в зависимости от нагрузки двигателя. ECU затем решает, сколько топлива нужно впрыснуть, чтобы оптимизировать сгорание.
В условиях постоянной нагрузки клапан открывается, впрыскивается топливо, а клапан закрывается. При внезапном увеличении дроссельной заслонки клапан открывается в том же такте впуска и впрыскивается большее количество топлива.Это позволяет немедленное ускорение. Для следующего хода ECU рассчитывает нагрузку двигателя при новых, более высоких оборотах и решает, как открыть клапан: ранний или поздний, широко открытый или полуоткрытый. Оптимальное открытие и время всегда достигнуты, и сгорание максимально точно. Это, конечно, невозможно с обычным распределительным валом, который открывает клапан на весь период впуска и всегда до полного подъема.
Исключение кулачков, подъемников, коромысел и комплектов ГРМ снижает не только вес и объем, но и трение.Значительная часть мощности, которую фактически производит двигатель, расходуется только на привод клапанов, сжимая все эти клапанные пружины тысячи раз в минуту.
После более полного развития электронная работа клапанов даст еще больше преимуществ. Например, деактивация цилиндра может быть значительно более экономичной, если впускной клапан можно открывать при каждом нажатии вниз, а выпускной клапан открывать при каждом ходе деактивированного цилиндра или «мертвой дыры». Другим, еще более значительным достижением будет устранение обычного газа.Когда автомобиль работает на частичном дросселе, это прерывание воздушного потока вызывает избыточный вакуум, что заставляет двигатель расходовать ценную энергию, выступая в качестве вакуумного насоса. BMW попыталась обойти это на своем М-5 с двигателем V-10, в котором были отдельные дроссельные бабочки для каждого цилиндра, расположенные непосредственно перед впускными клапанами. С электронным управлением клапаном можно будет контролировать частоту вращения двигателя, регулируя подъем клапана. При частичном дросселе, когда требуется меньше воздуха и газа, подъем клапана будет не таким большим.Полный газ достигается, когда педаль газа нажата, посылая электронный сигнал в ECU, который, в свою очередь, регулирует подъем каждого события клапана и открывает его полностью вверх.
Программируемость []
Специальная категория ECU - это программируемые; эти единицы могут быть перепрограммированы пользователем.
При модификации двигателя для включения в него послепродажного обслуживания или обновления компонентов штатные ЭБУ могут или не могут обеспечить правильный тип управления для приложений, в которых может использоваться двигатель.Для приспособления к модификациям двигателя можно использовать программируемый ЭБУ вместо ЭБУ, поставляемого на заводе. Типичные модификации, которые могут потребовать обновления блока управления двигателем, могут включать в себя турбонаддув, наддув или оба - безнаддувный двигатель; модернизация впрыска топлива или свечи зажигания, модификация или модернизация выхлопной системы, модернизация трансмиссии и т. д. Программирование ECU обычно требует сопряжения устройства с настольным компьютером или ноутбуком; это сопряжение необходимо, чтобы программирующий компьютер мог отправлять полные настройки двигателя в блок управления двигателем, а также отслеживать состояние двигателя в режиме реального времени.В этом интерфейсе обычно используется USB-соединение или последовательное соединение.
Изменяя эти значения во время мониторинга выхлопов с помощью широкополосного лямбда-зонда, специалисты по настройке двигателя могут определить оптимальный расход топлива, соответствующий скорости вращения двигателя и положению дроссельной заслонки. Этот процесс часто выполняется на объекте производительности двигателя. Динамометр обычно находится в этих местах; Эти устройства могут предоставить специалисту по настройке двигателя полезную информацию, такую как частота вращения двигателя, выходная мощность, крутящий момент, события переключения передач и так далее.Специалисты по настройке часто используют динамометрический корпус для уличных и других высокопроизводительных приложений.
Параметры настройки двигателя могут включать в себя объем впрыска топлива, отображение объема дроссельного топлива, отображение переключения передач и так далее. Хотя упомянутые параметры являются общими, некоторые ЭБУ могут предоставлять другие переменные, в которых программное обеспечение настройки может потенциально измениться. Эти параметры включают в себя:
- Anti-Lag
- Лямбда с замкнутым контуром: позволяет ECU контролировать постоянно установленный лямбда-зонд и модифицировать заправку для достижения требуемого соотношения воздух / топливо.Часто это стехиометрическое (идеальное) соотношение воздух-топливо, которое в традиционных автомобилях с бензиновым (бензиновым) соотношением воздух-топливо составляет 14,7: 1. Это также может быть гораздо более высокий коэффициент для случая, когда двигатель находится под высокой нагрузкой, или, возможно, более низкий коэффициент для случая, когда двигатель работает в условиях круизного хода с низкой нагрузкой, для максимальной эффективности использования топлива.
- Механизм управления
- Время зажигания
- Управление запуском
- Регулятор давления топлива Ограничитель
- Rev
- поэтапный впрыск топлива
- Переходная заправка топливом: Указывает ЭБУ добавить определенное количество топлива при подаче газа.Это называется «ускорение обогащения».
- Переменное время кулачка
- Контроль отходов
- Коррекция температуры воды: позволяет добавлять дополнительное топливо, когда двигатель холодный, например, в сценарии холодного запуска зимой или когда двигатель опасно горячий, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение цилиндра (хотя и не очень эффективным образом, только в случае крайней необходимости).
ЭБУ гоночного класса часто оснащен регистратором данных для записи всех данных датчика для последующего анализа.Это может быть полезно для выявления остановок двигателя, пропусков зажигания или других нежелательных действий во время гонки. Регистратор данных обычно имеет емкость от 0,5 до 16 мегабайт.
Для связи с водителем гоночный ECU часто может быть подключен к «стеку данных», который представляет собой простую панель мониторинга, которая представляет водителю текущие обороты, скорость и другие основные данные двигателя. Эти стеки данных, которые почти всегда являются цифровыми, связываются с ЭБУ, используя один из нескольких протоколов, включая RS-232 или CANbus.Затем информация передается через интерфейс канала передачи данных, который обычно расположен в нижней части рулевой колонки.
Датчики и исполнительные механизмы []
Датчики расхода воздуха, давления, температуры, скорости, отработанного кислорода, * датчика положения детонации и угла поворота коленчатого вала очень важны для EEMS. датчиков
История []
Ранние разработки []
Одной из первых попыток использовать такое унифицированное и автоматизированное устройство для одновременного управления несколькими функциями управления двигателем был Kommandogerät , созданный BMW в 1939 году, для их 801 14-цилиндрового авиационного радиального двигателя. [3] Это устройство заменило 6 элементов управления, используемых для инициирования жесткого ускорения, одним элементом управления в самолете, оснащенном серией 801. Тем не менее, у него были некоторые проблемы: он поднимал двигатель, создавая трудности при полете Fw 190 (Focke-Wulf Fw 190 Wurger), одномоторного немецкого истребителя с одним двигателем, несколько затруднительно, и сначала он переключал нагнетатель шестеренки жесткие и случайные, что может привести к тому, что самолет окажется в крайне опасной стойле.
Разработка интегральных микросхем и микропроцессоров сделала управление двигателем экономически целесообразным в 1970-х годах.В начале 1970-х годов японская электронная промышленность начала производство интегральных микросхем и микроконтроллеров для управления двигателем в японских автомобилях. [4] Система Ford EEC (Electronic Engine Control), в которой использовался микропроцессор Toshiba TLCS-12, была запущена в серийное производство в 1975 году. [5]
гибридных цифровых конструкций []
Гибридные цифровые или аналоговые конструкции были популярны в середине 1980-х годов. При этом использовались аналоговые методы для измерения и обработки входных параметров из механизма, затем использовалась таблица поиска, хранящаяся в чипе цифрового ПЗУ, для получения предварительно вычисленных выходных значений.Более поздние системы вычисляют эти результаты динамически. Система ПЗУ поддается настройке, если хорошо знать систему. Недостаток таких систем состоит в том, что предварительно вычисленные значения являются оптимальными только для идеализированного нового двигателя. Поскольку двигатель изнашивается, система может быть менее способной к компенсации по сравнению с другими конструкциями.
Современный дизайн []
Современные ЭБУ используют микропроцессор, который может обрабатывать входные сигналы от датчиков двигателя в режиме реального времени. Электронный блок управления содержит аппаратное и программное обеспечение (встроенное программное обеспечение).Аппаратное обеспечение состоит из электронных компонентов на печатной плате (PCB), керамической подложки или тонкой слоистой подложки. Основным компонентом на этой плате является микросхема микроконтроллера (MCU). Программное обеспечение хранится в микроконтроллере или других микросхемах на печатной плате, как правило, в СППЗУ или флэш-памяти, поэтому ЦП может быть перепрограммирован путем загрузки обновленного кода или замены микросхем. Это также упоминается как (электронная) система управления двигателем (EMS).
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 заслонками турбокомпрессора.Они также могут связываться с блоками управления коробкой передач или напрямую взаимодействовать с автоматическими коробками передач с электронным управлением, системами контроля тяги и тому подобным. Контроллерная сеть или автомобильная сеть с шиной CAN часто используется для обеспечения связи между этими устройствами.
Современные ЭБУ иногда включают такие функции, как круиз-контроль, управление коробкой передач, управление противоскользящим тормозом, противоугонное управление и т. Д.
Первые ЭБУ «Дженерал Моторс» (GM) имели небольшое применение гибридных цифровых ЭБУ в качестве пилотной программы в 1979 году, но к 1980 году все активные программы использовали микропроцессорные системы.Из-за большого увеличения объема ECU, которые были произведены в соответствии с требованиями Закона о чистом воздухе в 1981 году, только одна модель ECU может быть построена для модели 1981 года. [6] ЭБУ большого объема, который был установлен в автомобилях GM с первого года большого объема, 1981 года, был современной микропроцессорной системой. GM быстро перешла на замену карбюрации впрыском топлива в качестве предпочтительного способа доставки топлива для автомобилей, которые она производила. Этот процесс впервые был реализован в 1980 году с двигателями Cadillac с впрыском топлива, за которым последовал Pontiac 2.5L I4 "Железный герцог" и двигатель Chevrolet 5.7L V8 L83 "Cross-Fire", приводящий в действие Chevrolet Corvette в 1982 году. Cadillac Brougham 1990 года, работающий на двигателе Oldsmobile 5.0L V8 LV2, был последним карбюраторным легковым автомобилем, произведенным для продажи в Североамериканский рынок (модель Volkswagen Beetle 1992 года, оснащенная карбюраторным двигателем, была доступна для покупки в Мексике, но не продавалась в Соединенных Штатах или Канаде), и к 1991 году GM стал последним из крупнейших автопроизводителей США и Японии, отказавшимся от карбюратора и производить все свои легковые автомобили исключительно с двигателями с впрыском топлива.В 1988 году Delco (подразделение электроники GM) произвела более 28 000 ECU в день, что сделало ее крупнейшим в мире производителем бортовых компьютеров с цифровым управлением. [7]
Другие применения []
Такие системы используются для многих двигателей внутреннего сгорания в других областях. В авиационных применениях системы известны как "FADECs" (цифровое управление двигателем полного доступа). Этот вид электронного управления менее распространен в легких самолетах и вертолетах с поршневыми двигателями, чем в автомобилях. "SECU3 с открытым исходным кодом ECU". SECU-3