Электромагнитные клапаны. Переключающие устройства

Электромагнитный клапан системы автоматического управления, ЭПХХ (рис. 7.45) герметично закрыт, что препятствует попаданию влаги в его внутреннюю полость. При подаче напряжения на обмотку электромагнита якорь притягивается к стопу (упору) и запорное кольцо перекрывает доступ топлива по каналу системы холостого хода карбюратора. Обратный ход якоря, обеспечивает возвратная пружина. Электромагнитный клапан ЭПХХ имеет неразборную конструкцию, отличается простотой, надежностью и малой стоимостью.

Примером переключающего устройства систем управления двигателем является пневмоэлектрический клапан системы управления, турбонаддувом. Специфика работы в среде с высокой температурой требует предусмотреть меры для охлаждения клапана. Для подачи топлива к форсункам в системах впрыскивания топлива используются электрические топливное насосы. В основном используются насосы роторного (роликового) типа (рис. 7.46). Насосы могут устанавливаться как вне, так и внутри топливного бака. При внешней установке насос представляет собой автономный агрегат, объединяющий насос и электродвигатель в одном корпусе. При размещении в баке насос представляет собой единый агрегат, включающий собственно насос, топливопроводы, демпфирующее устройство, фильтр, провода электропитания и т.д. Пример системы топливоподачи с таким насосным агрегатом приведен на рис.7.47. На рис. 7.48 представлен регулятор холостого хода с приводным шаговым электродвигателем. Шаговый электродвигатель имеет четыре обмотки управления обмотки размещены на статоре. В продольных,пазах ротора установлены постоянные магниты с чередующимся расположением полюсов. Управление двигателем ведется с помощью электрических импульсов различной полярности, подаваемых на обмотки в определенной последовательности.

Малогабаритные электродвигатели постоянного тока используются для регулирования расхода воздуха на холостом ходу путем перемещения дроссельной заслонки. Вал, электродвигателя через редуктор связан с цилиндрическим толкателем, который непосредственно воздействует на подпружиненный рычаг заслонки.

Рампа

Рампа содержит корпус с приливами, центральный канал с входными и выходными участками, штуцер подачи топлива, соединенный с ЭБУ и входным участком, регулятор давления, подключенный к выходному участку центрального канала и, сообщенный через штуцер 8 с ресивером, а через штуцер 10 - с бензобаком. Рампа крепится в ВТ (впускной трубопровод) двумя болтами. В ВТ установлены четыре ЭМФ (электромагнитные форсунки), которые соединены параллельно. Эти форсунки являются основными, кроме них в данной системе используется пусковая форсунка (насос форсунка фирмы Тойота). Пусковая форсунка установлена во впускном коллекторе, а, именно, в расширительном ресивере. В центральном канале установлен регулятор давления, соединенный с ВТ и обраткой. Работа рампы сводится к временному хранению топлива под небольшим давлением до момента впрыска топлива одной из рабочих форсунок. При повышении давления выше нормируемого срабатывает регулятор давления, и излишки топлива сливаются в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива и исключение паровых пробок в системе.

Регулятор давления

Регулятор состоит из: металлического корпуса, разделенного на две полости, штуцера, мембраны, пружины, патрубка, соединяющего регулятор с ВТ, канала для слива топлива. Топливо поступает в регулятор через штуцер в подмембранную полость, где создает давление на мембрану. Под этим давлением мембрана прогибается, открывая канал (если Р>2,5кгс/см²). При пуске двигателя или работе на холостом ходу мембрана отгибается за счет разрежения в ВТ.

Лекция:№8. Назначение, устройство и принцип работы системы датчиков КЕ-Detrinic.

Лекция:№9. Общее устройство системы L-Detronic,LE-D.

Системы впрыскивания топлива с электронным управлением. Структурная схема системы впрыскивания топлива с программным управлением приведена на рис. 7.13. На рис. 7.14 показана система распределенного впрыскивания топлива “L-Jetronic”. Электрический топливный насос 2 подает топливо из бака 1 через фильтр 3 в топливный коллектор 4, в котором с помощью стабилизатора 5 поддерживается постоянный перепад давления на входе и выходе топлива из форсунок 7. Стабилизатор перепада давления поддерживает постоянным давление впрыскивания и обеспечивает возврат избыточного топлива обратно в бак. Этим обеспечивается циркуляции топлива в системе и исключается образование паровых пробок. Из коллектора топливо поступает к рабочим форсункам, которые подают его в зону впускных клапанов. Количество впрыски- ваемого топлива задается электронным блоком управления 6 в зависимости от температуры, давления и объема поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. Учитывается также температура охлаждающей жидкости.

1 – ЭБУ (контроллер); 2 – фильтр тонкой очистки топлива (ФТОТ); 3 – электробензонасос; 4 – бензобак; 5 – впускной клапан; 6 – регулятор давления с вакуумным корректором; 7 – потенциометрический датчик положения дроссельной заслонки (ДПД); 8 – потенциометрический расходомер (ПРВ) воздуха с датчиком температуры (ДТВ); 9 – датчик температуры воздуха (ДТВ); 10 – рабочая электроуправляемая форсунка; 11 – пусковая форсунка; 12 – расширительный ресивер впускного коллектора; 13 – дроссельная заслонка; 14 – датчик концентрации кислорода (ДКК); 15 – датчик температуры двигателя (ДТД); 16 – воздушный фильтр; 17 – термореле времени; 18 – датчик распределитель (МРД) с бесконтактным датчиком Холла (ДМС); 19 – клапан дополнительной подачи воздуха; 20 – выпускной коллектор; 21 – юлок цилиндров ДВС; 22 – вакуумный регулятор на датчике-распределителе 18; 23 – аккумуляторная батарея (АКБ); 24 – генераторная установка; 25 – замок зажигания; 26 – реле управления бензонасосом 3, пусковой форсункой 11 и термореле времени 17

Объем поступающего воздуха является основным параметром, определяющим дозирование топлива. Воздух поступает в цилиндры через измеритель 12 расхода воздуха и впускной трубопровод. Воздушный поток, поступающий в двигатель, отклоняет напорную измерительную заслонку измерителя расхода воздуха на определенный угол. При этом с помощью потенциометра электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки, подается в блок управления, который определяет необходимое количество топлива и выдает на электромагнитные клапаны импульсы управления моментом впрыскивания топлива. Электронная схема управления дозированием топлива получает питание от аккумуляторной батареи 20 и начинает работать при включении зажигания.

Независимо от положения впускных клапанов, форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя. Если впускной клапан в момент впрыскивания топлива форсункой закрыт, топливо накап- ливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом. Схема расположения форсунки при впрыскивании топлива в зону впускного клапана показана на рис. 7.15.

Количество поступающего к цилиндрам двигателя воздуха регулируется дроссельной заслонкой 11 (см. рис. 7.14), управляемой водителем. В системе предусмотрен регулятор 18 расхода воздуха на холостом ходу, расположенным около дроссельной заслонки. Он обеспечивает дополнительную подачу воздуха при холодном пуске и прогреве двигателя. По мере прогрева двигателя, начиная с температуры охлаждающей жидкости 50-70°С, регулятор прекращает подачу дополнительного воздуха. После этого при закрытой дроссельной заслонке воздух поступает только через верхний байпасный (обводной) канал, сечение которого можно изменять регулирующим винтом 9, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения в режиме холостого хода.

Стабилизатор 5 перепада давления поддерживает постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха во впускном трубопроводе. В этом случае цикловая подача топлива форсункой 7 зависит только от времени, в течение которого открыт ее клапан. Следовательно, основной принцип электронного управления впрыскиванием топлива заключается в широтной модуляции электрического импульса, управляющего форсункой при условии поддержания постоянного перепада давления топлива.

Длительность импульсов управления временем впрыскивания топлива форсункой корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости по информации от датчика 15.

На режимах полного открытия дроссельной заслонки и разгона автомобиля необходимо обогащение горючей смеси, что обеспечивается электронным блоком управления по информации от датчика 10 положения дроссельной заслонки. При открытии заслонки контактная система датчика 10 дает импульсы, которые приводят к обогащению смеси в режиме разгона автомобиля.

В датчике 10 положения дроссельной заслонки предусмотрена контактная пара, от замкнутого или разомкнутого состояния которой зависит отключение или включение топливоподачи в режиме принудительного холостого хода. Подача топлива прекращается при закрытой дроссельной заслонке, когда частота вращения коленчатого вала двигателя выше 1000 мин^-1, и возобновляется при снижении частоты вращения до 900 мин^-1. При этом порог отключения подачи топлива корректируется в зависимости от температурного состояния двигателя.

Для облегчения пуска холодного двигателя в системе предусмотрена дополнительная пусковая форсунка 8, продолжительность открытия которой зависит от температуры охлаждающей жидкости (датчик 16). Пусковая форсунка представляет собой электромагнитный клапан с вихревым центробежным распылителем.

Введенный в систему датчик кислорода обеспечивает поддержание стехиометрического состава смеси.

Функциональная связь всех элементов системы распределенного впрыскивания топлива “L-Jetronic” показана на рис. 7.16.

Применение системы впрыскивания топлива “L-Jetronic” значительно усложняет схему электрооборудования автомобиля. Электрическая схема соединений системы впрыскивания топлива “L-Jetronic” приведена на рис. 7.17. Следует отметить, что электрические схемы системы “L-Jetronic” отличаются в зависимости от автомобиля, двигателя, установленного на нем и года выпуска автомобиля.

На рис. 7.18 приведена схема системы впрыскивания топлива “LH-Jetronic”, в которой измерение расхода воздуха осуществляется термоанемометром. Применение термоанемометра позволяет поддерживать постоянный состав смеси при изменении плотности воздуха. Схема системы впрыскивания топлива двигателя автомобиля “Toyota” приведена на рис. 7.19. Ее центральной частью является электронный блок управления 11, блок-схема которого приведена на рис. 7.20. 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 данный датчика расхода воздуха и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

В системе предусмотрена коррекция времени срабатывания электромагнитной форсунки по напряжению питания (рис. 7.21, а), по температуре охлаждающей жидкости во время прогрева двигателя рис 7.21, б), по температуре воздуха на впуске (рис. 7.21, в). При работе двигателя необходимо достигнуть высокой степени очистки отработавших газов по компонентам СО, СН и Noх с помощью трехкомпонентного нейтрализатора. Согласно приведенному на рис. 7.22 графику в этом случае состав горючей смеси по коэффициенту избытка воздуха должен быть близок к стехиометрическому. Стабилизация стехиометрического состава горючей смеси обеспечивается с помощью датчика кислорода, устанавливаемого в выпускном трубопроводе.

Система выполняет также функции экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ). Изменение частоты вращения, при которой прекращается и возобновляется подача топлива, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, показано на рис. 7.23.

Количество топлива, впрыскиваемого при пуске двигателя, определяется температурой охлаждающей жидкости (рис. 7.24)

На рис. 7.25 приведена система центрального впрыскивания топлива, включа- ющая в себя электронный блок управления на базе микропроцессора, смесительную камеру с дроссельной заслонкой, форсунки, стабилизатор давления, топливный насос с электроприводом, топливный фильтр, датчик температуры охлаждающей жидкости, регулятор частоты вращения в режиме холостого хода. Действие регулятора основано на изменении положения дроссельной заслонки или перепуске воздуха в обход дроссельной заслонки. После обработки информации от датчика частоты вращения микропроцессор формирует правляющий сигнал, подаваемый на исполнительное устройство, в качестве которого может быть использован шаговый электродвигатель. Шаговый электродвигатель воздействует или на дроссельную заслонку, или на клапан обводного канала. Как правило, все системы центрального впрыскивания топлива имеют датчик кислорода, позволяющий адаптивно поддерживать стехиометрический состав горючей смеси.

Лекция:№10 Электронные системы управления топливопадачей бензиновых двигателей. Датчики основных систем управлением двигателя.

Измерители расхода воздуха

Рис. 2. Термоакемометрический измеритель расхода воздуха системы "LH-Jetrooic":

1 - прецизионный резистор; 2 - платиновая нить (измерительный элемент); 3 -термокомпенсационный пленочный резистор; 4 - стабилизирующие решетки; 5 -пластмассовый корпус; б — внутренний измерительный канал, в котором располагаются элементы I, 2, 3 (показаны в увеличенном виде)

Однако ионизационные, ультразвуковые, вихревые и термоанемометри-ческого типа измерители расхода воздуха подвижных деталей не имеют.

Термоанемометрический измеритель расхода воздуха для системы впрыска топлива "LH-Jectronic" представляет собой автономный блок, устанавливаемый во впускном трубопроводе двигателя. Наиболее ответственной частью термоанемометрического измерителя является внутренний измерительный канал б (рис. 2), состоящий из пластмассо­вых обойм, которые окружают несущие кольца. В кольцах расположены нагреваемая платиновая нить 2 диаметром 100 мкм и термокомпенсаци­онный пленочный резистор 3. Корпус 5 имеет камеру для размещения электронного блока, который поддерживает постоянным перепад температур нити и потока на уровне 150 °С путем регулирования силы тока измерительного моста. Выходным параметром измерителя расхода воздуха служит падение напряжения на прецизионном резисторе /. На входе и выходе канала 6 измерителя расхода воздуха установлены защитные сетки, которые одновременно выполняют функции стабилизи­рующих элементов.

На рис. 3 показан автомобильный термоанемометрический измери­тель расхода воздуха с пленочным чувствительным элементом на твердых керамических подложках.

Рис. 3. Термоанемометрическнй измеритель

расхода воздуха с пленочным чувствитель­ным элементом:

/ - корпус; 2 - датчик температуры воздуха; 3 - стабилизирующая решетка; 4 - внутрен­ний измерительный канал; J - чувствитель­ный элемент; 6 — электронная

Рис. 4. Металлополимерный чувстви­тельный элемент:

Чувствительный элемент включает измерительный / и термокомпенсационный резисторы 2 (рис. 4). Пласт­массовая рамка с чувстви­тельным элементом разме­щается в патрубке измери­теля расхода воздуха. Тем­пература перегрева измерительного терморезистора - 70 °С поддержива­ется с помощью электронной схемы управления.

Термоанемометрический измеритель расхода воздуха на основе металлополимерных чувствительных элементов приведен на рис. 5. Рабочая решетка металлополимерного чувствительного элемента (рис. 6) изготовляется из фольги методом фотолитографии. Чувствитель­ный элемент содержит измерительный и термокомпенсационный резисторы.

Измерители расхода топлива

Информация о расходе топлива на автомобиле необходима как для бортовых систем контроля, так и для адаптивных систем управления двигателем.

В электромеханических измерителях расхода топлива турбинного типа (тахометрические) считывающим элементом при определении частоты вращения турбин является светодиод инфракрасного излучения и фоторезистор. В измерителе расхода топлива предусмотрены демпфирую­щее устройство для гашения пульсаций потока, системы для удаления воздушных пробок из потока топлива, а также система термокомпенса­ции.

В одном из вариантов теплового измерителя расхода топлива датчик представляет собой четыре терморезистора, соединенных в мостовую схему и размещенных по периферии тонкой квадратной подложки. Поток топлива омывает терморезисторы и в большей степени охлаждает те из них, которые расположены перпендикулярно потоку. В диагонали моста возникает разностный сигнал, фиксирующий расход топлива.

В системах впрыскивания следует учитывать количество топлива, поступающего от форсунок или стабилизатора давления обратно в топливный бак, влияние на показания измерителей пульсаций потока топлива и вибрации двигателя.

Датчики давления

Датчики давления, в которых в качестве чувствительного элемента используется мембрана 3 (рис. 7, а), имеют существенные недостатки: наличие механических элементов и сравнительно большое число звеньев в цепи передачи информации, что отрицательно влияет на точность и надежность измерительной системы.

В бесконтактных индуктивных датчиках давления (рис. 7, б) при перемещении чувствительного элемента изменяются воздушный зазор в магнитопроводе, его магнитное сопротивление и индуктивность

катушки, которая включена в измерительный мост. При разбалансировке моста появляется электрический сигнал, поступающий в блок управле­ния.

Применение микроэлектронной технологии позволило перейти к полностью статическим конструкциям датчиков. На рис. 7, в показан интегральный датчик давления с полупроводниковыми тензоэлементами.

Датчики температуры

В автомобильных системах контроля в качестве датчиков температу­ры широко используются полупроводниковые терморезисторы, размещаемые в металлическом корпусе с разъемом для включения датчика в измерительную цепь.

В системах управления находят применение более совершенные типы датчиков температуры, обладающие стабильностью и технологичностью, малым технологическим разбросом номинального сопротивления, высокой инерционностью, а также простотой конструкции. Это интегральные датчики температуры, представляющие собой однокрис­тальные термочувствительные полупроводниковые элементы с периферийными схемами (усилители и т.д.). Выходным сигналом датчика является напряжение. К таким датчикам относятся датчики на основе термочувствительных ферритов и конденсаторов, в которых используют­ся эффект влияния температуры на магнитную и диэлектрическую проницаемость. Однако из-за сложности конструкции они нетехнологич­ны.

По разным причинам (нетехнологичность, сложность конструкции, высокая стоимость и т.д.) на автомобилях пока не находят применение термоэлектрические датчики, датчики на основе кварцевых резонаторов и многие другие.

Датчики положения и перемещения

Для определения положения дроссельной заслонки и угловой скорости и (перемещения) коленчатого вала применяют датчики контактного типа.

Основой потенциометрического датчика является пленочный резистор с несколькими контактными дорожками, с которыми контактируют упругие токосъемные элементы. Токосъемные элементы связаны с осью датчика и перемещаются вместе с ней. Токосъемные элементы обеспечи­вают получение сигналов о резком открытии дроссельной заслонки, режиме холостого хода двигателя, положении дроссельной заслонки (полном ее открытии или близком к этому).

Основные требования к датчику положения дроссельной заслонки: долговечность и стабильность работы при отсутствии дребезга контактов. Эти требования выполняются за счет подбора износостойких материалов дорожек и контактных площадок токосъемных элементов.

Электромеханические датчики контактного типа не имеют недостат­ков бесконтактных датчиков, в частности оптоэлектронных датчиков с кодирующим диском. Разрешающая способность кодирующего датчика может быть меньше 1⁰ угла его поворота за счет применения прецизион­ных кодирующих дисков с прорезями или прозрачными площадками и оптических или фотоэлектрических устройств. По разным сторонам кодирующего диска установлены источники света и фоточувствительные элементы (обычно фотодиоды). При его вращении свет попадает на определенную комбинацию фотодиодов (фотоэлементов), что позволяет однозначно определять угол поворота диска.

Индуктивные датчики перемещения в электронных системах управ­ления двигателем используются в основном для измерения частоты вращения коленчатого или распределительного валов. Они предназначе­ны также для определения верхней мертвой точки (ВМТ) первого цилиндра или другой специальной метки, служащей началом отсчета с целью синхронизации функционирования системы управления рабочим процессом двигателя.

Индукционная катушка такого датчика размещена вокруг постоянно­го магнита, полюс которого со стороны, обращенной к объекту вращения, например, к зубчатому венцу маховика, имеет магнитопровод из магнитомягкого материала. Магнитопровод установлен с небольшим зазором относительно зубьев вращающегося зубчатого венца маховика.

При перемещении зубьев относительно магнитопровода величина зазора А между ними меняется (рис. 8). Это вызывает изменение магнитной индукции и появление двухполярного электрического импульса в индукционной катушке. Две пикообразных полуволны импульса расположены симметрично относительно оси, проходящей через нулевую точку, а нулевая точка соответствует центру каждого зуба, что позволяет с большой точностью определить их положение.

Амплитуда выходного сигнала датчика зависит от размера воздушно­го зазора между магнитопроводом и маркерным зубом и от скорости
изменения магнитной индукции, на которую влияет скорость перемеще­ния зуба.

Индуктивные датчики относятся к числу наиболее надежных датчиков в электронных системах управления автомобильных двигателей (рис. 9).

Конструкции датчиков детонации отличаются большим разнообрази­ем, кроме того, они имеют разные принципы работы, так как возможно большое число признаков проявления детонации.

Наиболее распространен способ определения детонации с помощью пьезокварцевого вибродатчика (рис. 10), все элементы которого крепятся к основанию /, выполненно­му из титанового сплава. Пьезоэлек­трический преобразователь состоит из двух включенных параллельно кварцевых пьезоэлементов. При возникновении детонации (вибрации) инерционная масса 3 воздействует на пьезоэлементы 2 с соответствующими частотой и усилием. В результате пьезоэффекта появляется переменный сигнал, который снимается с кварцевых пластин с помощью выводов из латунной фольги 4.

Датчики кислорода (А-зонды)

Известны два типа датчиков кислорода. В одном из них чувстви­тельным элементом является диоксид циркония Zr0₂, во втором -диоксид титана Ti0₂. Оба типа датчиков реагируют на парциальное давление кислорода.

Циркониевый датчик (рис. 11) имеет два электрода - внешний 4 и внутренний 5. Электроды, выполненные из пористой пластины или ее сплава, разделены слоем твердого электролита. Электролитом является диоксид циркония Zr0₂ с добавлением оксида иттрия У₂0з для повышения ионной проводимости. Среда, окружающая внутренний электрод, имеет постоянное парциальное давление кислорода. Внешний электрод омывается потоком отработавших газов в выпускной системе двигателя с переменным парциальным давлением кислорода. проводимость твердого электролита, возникающая вследствие разности парциальных давлений кислорода на внешнем и внутреннем электродах, обусловливает появление разности потенциалов между ними.

При низком уровне парциального давления кислорода в отработав­ших газах, когда двигатель работает на обогащенного состава горючей смеси (при коэффициенте избытка воздуха а > 1) датчик как гальваничес­кий элемент генерирует высокое напряжение (700-1000 мВ). При переходе на обедненного состава горючую смесь (а < 1) парциальное давление кислорода в отработавших газах заметно увеличивается, что приводит к резкому падению напряжения С_вых на выходных выводах датчика -до 50-100 мВ. Такое резкое падение напряжения на выходе датчика (рис. 12) при переходе от обогащенного к обедненному составу горючей смеси позволяет определигь ее стехиометрический состав с погрешностью не более 0,5 %.

Конструкция датчика кислорода на основе диоксида циркония Zr0₂ показана на рис. 13.

Принцип работы датчика кислорода на базе диоксида титана ТЮ₂ (рис. 14) основан на изменении электропроводности ТЮ₂от парциально­го давления кислорода в выпускной системе. Параллельно чувствительно­му элементу / датчика подключен термистор для компенсации влияния температуры на сопротивление

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: