Особливості діагностування систем керування дизельними ДВИГУНАМИ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ

1. Загальні відомості про системи керування дизельними ДВЗ

Дамо порівняльну характеристику дизельних та бензинових двигунів з експлуатаційних показників.

Щодо паливної економічності – бензинові двигуни перетворюють до корисної роботи лише 25% теплоти, яка утворюється при згорянні палива. Дизельний двигун перетворює до корисної роботи біля 35% теплової енергії завдяки більш високому термічному коефіцієнту корисної дії. Це визначає перевагу дизельних двигунів над бензиновими.

Бензинові двигуни мають меншу відносну вагу, низьку шумність, більшу приємістість та швидкісний діапазон обертання до 8000 хв^-1. Дизельні двигуни працюють на обертах не вище за 5000 хв^-1, мають підвищену шумність у всьому діапазоні робочих режимів. За цими показниками бензинові двигуни є більш переважними, особливо при застосуванні у легкових автомобілях та малих вантажівках, які експлуатуються в умовах міста.

Дизельні двигуни працюють з більш високими ступенями стиску ніж бензинові завдяки відсутності детонаційних процесів при різному складі паливної суміші. Ці передумови передбачають застосування дизельних двигунів на вантажівках значної потужності.

Дизельні двигуни не вимагають застосування системи примусового запалювання паливної суміші, але потребують відносно коштовної системи паливоподачі. За вартістю виробництва бензинові двигуни є більш переважними. Слід додати, що застосування на бензинових двигунах системи упорскування палива значно зменшує різницю вартості на виробництво двигунів обох типів.

Дизельні двигуни здатні забезпечувати максимальний крутний момент у широкому діапазоні швидкісних режимів, що визначає їх більшу пристосованість до робочих режимів. Завдяки низькій летності дизельного палива двигун є більш переважним з боку пожежної безпеки.

Концентрація СО-складової у відпрацьованих газах дизельних двигунів значно менша, ніж у бензинових двигунах завдяки використанню більш збідненої суміші. Однак кількість викидів вуглеводнів, оксидів азоту та сажі у дизельних двигунах вище ніж у бензинових. Удосконалення конструкції камер згоряння та паливної апаратури дизельних двигунів поліпшує склад відпрацьованих газів. Таким чином, з боку токсичності вихлопу та забруднення навколишнього середовища дизельні та бензинові двигуни розглядаються як альтернативні.

Основною класифікаційною ознакою дизельних двигунів є спосіб упорскування палива. За цією ознакою розрізняють двигуни з упорскуванням палива у розділену камеру згоряння та з впорскуванням палива безпосередньо у циліндр.

У конструкціях з розділеною камерою впорскування палива здійснюється в окрему (вихрову) камеру, яка розташована у головці блоку циліндрів і має сполучення з основною камерою згоряння (циліндром) через канал надходження паливної суміші. Основна камера згоряння, як правило виконана у верхній частині поршня. Така система утворення паливної суміші забезпечує поступове згоряння палива, дозволяє форсувати частоту обертання двигуна.

Коли поршень переміщується до ВМТ, повітря із основної камери через канал сполучення витискується у вихрову камеру. Тангенційна спрямованість каналу викликає турбулентний рух повітря у вихровій камері. Паливна форсунка, яка теж сполучена з розділеною камерою, впорскує паливо через сопловий отвір в турбуленізований потік повітря. Це спричиняє швидке випарювання палива, утворюючи паливну суміш. В результаті адіабатичного процесу суміш спалахує та швидко підвищує тиск. Напівзгоріта суміш витискується через канал в основну камеру згоряння, підвищуючи турбулентність потоку та викликаючи додаткове розширення при її догорянні. Таким чином теплова енергія у формі підвищення тиску в зачиненому об’ємі перетворюється в механічну енергію поступового руху поршня (вниз від ВМТ).

В конструкціях з безпосереднім упорскуванням паливна форсунка розташована у голівці блоку циліндрів над камерою згоряння у поршні. Робочий процес відбувається аналогічним чином, але тільки в межах основної камери згоряння, яка одночасно виконує функцію вихроутворювача.

Щоб оптимізувати роботу дизельного двигуна за критеріями токсичності та паливної економічності застосовуються різні способи: каталітичне допалювання палива (каталітичні нейтралізатори); рециркуляція відпрацьованих газів (система EGR); дозування палива та керування кутом випередження впорскування (системи EDIC, EDC); полегшення пуску двигуна (система передпускового підігріву).

Для полегшення пуску дизельного двигуна застосовуються свічки накалювання, які підключаються до напруги АКБ через замок запалювання. Струм через свічки накалювання виникає, тільки якщо замок запалення знаходиться у положенні передпускового підігріву або стартерного режиму. Однією з важливих функцій, яку виконують електронні та мікропроцесорні системи керування дизельним двигуном, є оптимізація часу передпускового підігріву (часу включеного стану свічок накалювання) на основі інформації (сигналів з датчиків) про температурний стан двигуна, палива та повітря.

Системи керування свічками накалювання можуть бути реалізовані за декількома схемними рішеннями:

1. Для сигналізації увімкнення свічок запалювання (коли система працює) та можливості пуску двигуна (коли можна вмикати стартер) використовується сигналізатор на панелі приладів.

2. Застосовується дистанційне реле керування (вмикання) свічками накалювання для розвантаження контактів замка запалювання.

3. Використовується таймер, який забезпечує фіксований час підігріву двигуна, виконуючи вимикання свічки накалювання в автоматичному режимі.

4. На основі сигналу з датчика температури охолоджуючої рідини (температурний стан ДВЗ) ЕБК визначає необхідність підігріву двигуна та обмежує струм свічок накалювання в разі необхідності.

5. На основі сигналів з датчиків температури оточуючого повітря та температури охолоджуючої рідини ЕБК визначає час накалювання свічок залежно від температури в моторному відсіку.

6.Використовуються резистори в колах живлення свічок накалювання для стабілізації струму при зниженні рівня напруги АКБ.

7. Застосовуються плавкі та біметалеві запобіжники (автоматичні вимикачі) на випадок коротких замикань в колах свічок накалювання.

Принципи побудови мікропроцесорних систем керування ДВЗ однакові для дизельних і бензинових двигунів. Характерними рисами системи керування дизельними двигунами є відсутність елементів системи запалювання (модуль запалювання, свічки запалювання); наявність елементів системи полегшення пуску (факельні свічки, свічки накалювання); наявність паливного насоса високого тиску (ПНВТ), який одночасно виконує функції і об’єкта керування, і виконавчого пристрою. На даний час існує багате розмаїття систем керування дизельними двигунами (табл. 1).

В таблиці наведено перелік тільки мікропроцесорних систем керування паливоподачею дизельних двигунів, в яких передбачено (втілено) систему самодіагностики (СД). В таблиці також наведені приклади застосування систем керування до окремих марок автомобілів та двигунів.

Таблиця 1

Застосування системи керування паливоподачею на дизельних ДВЗ

2. Склад системи керування та призначення її елементів

Склад систем визначається їх рівнем (типом) та залежить від переліку функцій, які реалізовані в кожній окремій мехатронній системі. У табл. 2 наведено загальний перелік елементів систем керування дизельними двигунами безвідносно до конкретного типу системи з позначенням позиції елементів згідно з класифікаційною індексацією.

Таблиця 2

Перелік елементів системи керування дизельними двигунами

На рис. 1 показана функціональна схема системи керування дизельним двигуном типу Bosch EDC. Позначення функціональних блоків на схемі відповідають скороченням у табл.2 (у дужках).

Принцип дії, влаштування та призначення більшості датчиків систем керування дизельними двигунами такі ж, як і у датчиків систем керування бензиновими двигунами.

Деякі датчики мають багатоцільове призначення, забезпечуючи процеси керування паливо подачею, рециркуляцією відпрацьованих газів, контролем швидкості руху автомобіля; антивібраційного регулювання кузова автомобіля. розкриємо функціональне призначення датчиків системи, для керування паливоподачею двигуна.

Датчик підйому голки форсунки (ДПГФ) – індукційного типу з електромагнітним підмагнічуванням. В котушці датчика, яка міститься в середині форсунки, переміщується феромагнітний якорець (сердечник), що пов’язаний безпосередньо з голкою форсунки.

Під час підйому голки здійснюється зміна магнітного потоку через котушку та в ній індуктується імпульсний сигнал. Цей сигнал сприймається ЕБК для формування фазових зсувів сигналу керування форсункою (кут випередження моменту впорскування).

Датчик температури охолоджуючої рідини (ДТОР) являє собою терморезистор. Електронний блок сприймає сигнал датчика для визначення одного з трьох варіантів забезпечення полегшеного пуску залежно від температурного стану двигуна: без підігріву, з попереднім підігрівом, з підігрівом під час пуску двигуна.

Датчик температури повітря розташований у корпусі повітряного фільтра. За принципом дії, функціональним призначенням та діагностичними параметрами є аналогом ДТОР.

Датчик температури палива (ДТП) розташований у корпусі паливного насоса високого тиску (ПНВТ) у потоці палива.

Е

Б

К

ДВ

ДР

СН

РСН

КВПП

КАВУ

ПДМ

ДПК

ВЗ

ДТП

ВГП

ВКК

РПП

ДЧО

ДПГФ

ДТН

ДПА

ВП

ДТОР

ДША

ВСС

ДАТП

ДДМ

Рис. 1. Функціональна схема системи керування дизельним двигуном

На основі сигналу з ДТП ЕБК корегує кількість подачі палива виходячи з того, що щільність палива пропорційна його температурі.

Параметри датчика аналогічні параметрам ДТОР.

Датчик частоти обертання двигуна (ДЧО) або датчик кутового положення колінчастого валу індукційного типу, призначення та параметри такі ж як у датчика системи керування бензиновими двигунами. Розташований,

Як правило, на картері маховика або на кришці гідротрансформатора автоматичної коробки передач. Активізуючим виступом є зубці маховика або ведучого диска гідротрансформатора. Іноді датчик встановлюється в передній частині двигуна з вимірювальним диском (як на бензинових двигунах).

Датчик положення педалі акселератора (ДПА) потенціометричного типу, відслідковує положення педалі (псевдопедалі). На основі сигналу датчика ЕБК визначає циклічність подавання палива, впливаючи на виконавчий пристрій переміщення дозуючої муфти ПНВТ.

Датчик абсолютного тиску повітря у впускному колекторі (ДАТП) або датчик тиску наддування (ДТН) мембранного типу з тензометричним або потенціометричним чутливим елементом. Встановлюється у впускному колекторі після турбокомпресора, формує сигнал, пропорційний тиску надування. На основі величини сигналу ЕБК визначає кількість (режим) подачі палива.

Витратомір повітря (ВП) термоанемометричного принципу дії, формує сигнал про кількість повітря, що надходить до циліндрів двигуна на кожний робочий цикл. Ця інформація використовується для визначення режиму впорскування (співвідношення повітря/паливо) та керування клапаном системи рециркуляції відпрацьованих газів.

Датчик дозуючої муфти (ДДМ) потенціометричного типу та привід дозуючої муфти (ПДМ) розташовані в корпусі ПНВТ. Привід виконує безпосереднє керування циклічною подачею палива по сигналах з ЕБК. Датчик виконує функцію зворотного зв’язку по каналу керування ПНВТ.