Лекция 3 – Основные принципы управления двигателем. Критерии управления двигателем. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания

Схема двигателя как объекта авто­матического управления приведена на рис. 3.

Входные параметры (угол открытия дроссельной заслонки j_др, угол опере­жения зажигания q, цикловой расход топлива G_т и др.) - это те параметры, которые влияют на протекание рабо­чего цикла двигателя. Их значения оп­ределяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются также управ­ляющими.

Рисунок 3 – Схема двигателя как объекта управления

Выходные параметры, называемые управляемыми, характеризуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся: частота вращения коленчатого вала, крутящий момент М_e, показатель топливной экономичности g_e и токсично­сти отработавших газов (например, содержания СО), а также многие другие.

Кроме входных управляющих параметров, на двигатель во время его работы воздействуют случайные возмущения, которые мешают управлению. К случай­ным возмущениям можно отнести изменение параметров состояния внешней среды (температура Т, атмосферное давление p, влажность), свойств топлива и масла и т.д.

Для двигателя внутреннего сгорания характерна периодическая повторяемость рабочих циклов. Как объект управления двигатель считается нелинейным, так как реакция на сумму любых внешних воздействий не равна сумме реакций на ка­ждое из воздействий в отдельности. Учитывая, что двигатель в условиях город­ской езды работает на нестационарных режимах, возникает проблема оптималь­ного управления им. Возможность оптимального управления двигателем на не­стационарных режимах появилась с развитием электронных систем управления.

Из-за сложности конструкции, наличия допусков на размеры деталей двигате­ли одной и той же модели имеют различные характеристики. Кроме того, по кон­структивным параметрам (степень сжатия, геометрия впускного и выпускного трактов и т.д.) отличаются и отдельные цилиндры многоцилиндрового двигателя.

Автомобильный двигатель представляет собой многомерный объект управле­ния, так как число входных параметров у него больше одного и каждый входной параметр воздействует на два и более выходных. В таком случае система упра­вления также должна быть многомерной.

а – по напряжению питания; б – во время прогрева двигателя;

в – по температуре воздуха на впуске

Рисунок 4 – Коррекция впрыскивания

На основании сигналов датчиков блок управления рассчитывает количество впрыскиваемого топлива для получения оптимального соотношения топлива и воздуха в горючей смеси. Количество впрыскиваемого топлива определяется временем открытия элект­ромагнитного клапана форсунки.

Основное время впрыскивания топлива - это время для получения смеси с тео­ретически необходимым коэффициентом избытка воздуха. Количество воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, рассчитывается блоком управления по данным датчика расхода воздуха и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

В системе предусмотрена коррекция времени срабатывания электромагнит­ной форсунки по напряжению питания (рис. 4, а), по температуре охлаждаю­щей жидкости во время прогрева двигателя (рис. 4, б), по температуре воз­духа на впуске (рис. 4, в).

При работе двигателя необходимо достигнуть высокой степени очистки отработавших газов по компонентам СО, СН и NOy с помощью трехкомпо­нентного нейтрализатора. Стабилизация стехиометрического состава горючей смеси обеспечивается с помощью датчика кислорода, устана­вливаемого в выпускном трубопроводе.