Блок управления двигателем - Engine control unit

ЭБУ с 1996 года Chevrolet Beretta.

An блок управления двигателем (ЭБУ), также обычно называемый модуль управления двигателем (ECM) или же модуль управления трансмиссией (PCM), это тип электронный блок управления который контролирует серию приводы на двигатель внутреннего сгорания для обеспечения оптимальной работы двигателя. Он делает это, считывая значения из множества датчики в моторном отсеке, интерпретируя данные с помощью многомерных карт производительности (называемых таблицы поиска ), и регулировку приводов двигателя. До появления ЭБУ воздушно-топливная смесь, угол опережения зажигания и частота вращения холостого хода задавались механически и динамически регулировались с помощью механический и пневматический средства.

Если ЭБУ контролирует топливо линий, то это называется электронная система управления двигателем (EEMS). В впрыск топлива Система играет главную роль в управлении подачей топлива в двигатель. Весь механизм EEMS контролируется набором датчиков и исполнительных механизмов.

Работы

Контроль соотношения воздух-топливо

В большинстве современных двигателей используется какой-либо тип впрыска топлива для подачи топлива в цилиндры. ЭБУ определяет количество впрыскиваемого топлива на основании ряда показаний датчиков. Датчики кислорода Сообщите ЭБУ, работает ли двигатель на богатой (слишком много топлива или слишком мало кислорода) или бедной (слишком много кислорода или слишком мало топлива) по сравнению с идеальными условиями (известными как стехиометрические). В датчик положения дроссельной заслонки сообщает ECU, насколько открыта дроссельная заслонка, когда акселератор (педаль газа ) нажата. Масса датчик расхода воздуха измеряет количество воздуха, поступающего в двигатель через дроссельную заслонку. В датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя определяет, прогрет двигатель или нет. Если двигатель еще холодный, будет произведен впрыск дополнительного топлива.

Управление топливовоздушной смесью карбюраторов с помощью компьютеров построено по аналогичному принципу, но соленоид управления смесью или шаговый двигатель встроены в поплавок карбюратора.

Контроль холостого хода

Большинство систем двигателя имеют холостой ход управление встроено в ЭБУ. Двигатель Об / мин контролируется Датчик положения коленчатого вала который играет основную роль в функциях синхронизации двигателя для впрыска топлива, искры и синхронизации клапанов. Скорость холостого хода регулируется с помощью программируемого упора дроссельной заслонки или шагового двигателя с управлением байпасом холостого хода. В ранних карбюраторных системах использовалась программируемая дроссельная заслонка с двунаправленным Двигатель постоянного тока. Рано впрыск дроссельной заслонки (TBI) системы использовали регулятор холостого хода шаговый двигатель. Эффективное управление частотой вращения холостого хода должно учитывать нагрузку на двигатель на холостом ходу.

Полнофункциональная система управления дроссельной заслонкой может использоваться для управления скоростью холостого хода, обеспечения функций круиз-контроля и ограничения максимальной скорости. Он также контролирует секцию ECU на предмет надежности.

Контроль изменения фаз газораспределения

Некоторые двигатели имеют изменение фаз газораспределения. В таком двигателе ЭБУ контролирует время в цикле двигателя, когда открываются клапаны. Клапаны обычно открываются раньше при более высокой скорости, чем при более низкой. Это может увеличить поток воздуха в цилиндр, увеличивая мощность и экономию топлива.

Электронное управление клапаном

Изготовлены и испытаны экспериментальные двигатели, которые нет распредвала, 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 прецизионным электронным зажиганием и впрыском топлива. Такой статический старт двигатель обеспечит повышение эффективности и снижение загрязнения окружающей среды мягкий гибридно-электрический привод, но без затрат и сложности, как у крупногабаритного стартера.[2]

Первый серийный двигатель этого типа был изобретен (в 2002 г.) и представлен (в 2009 г.) итальянским автопроизводителем. Fiat в Альфа-Ромео MiTo. Их Multiair В двигателях используется электронное управление клапанами, что значительно улучшает крутящий момент и мощность, снижая при этом расход топлива на 15%. В основном, клапаны открываются гидравлическими насосами, которыми управляет блок управления двигателем. Клапаны могут открываться несколько раз за такт впуска в зависимости от нагрузки двигателя. Затем ЭБУ решает, сколько топлива нужно впрыснуть для оптимизации сгорания.

В условиях постоянной нагрузки клапан открывается, топливо впрыскивается и клапан закрывается. При резком увеличении дроссельной заслонки клапан открывается на том же такте впуска и впрыскивается большее количество топлива. Это обеспечивает немедленное ускорение. Для следующего хода ЭБУ рассчитывает нагрузку на двигатель при новых более высоких оборотах и ​​решает, как открыть клапан: рано или поздно, полностью или наполовину. Всегда достигается оптимальное открытие и время, а сгорание происходит с максимальной точностью. Это, конечно, невозможно с обычным распределительным валом, который открывает клапан на весь период впуска и всегда на полный подъем.

Устранение кулачков, подъемников, коромысел и набора ГРМ снижает не только вес и габариты, но и трение. Значительная часть мощности, которую фактически производит двигатель, расходуется только на привод клапана в движение, сжимая все эти клапанные пружины тысячи раз в минуту.

Когда работа электронного клапана будет доведена до совершенства, она принесет еще больше преимуществ. Деактивация цилиндра, например, могла бы быть значительно более экономичной, если бы впускной клапан мог открываться при каждом ходе вниз, а выпускной клапан открывался при каждом ходе деактивированного цилиндра или «мертвой дыры». Еще одним еще более значительным достижением станет отказ от обычного дросселя. Когда автомобиль работает с частично открытой дроссельной заслонкой, это прерывание воздушного потока вызывает избыточный вакуум, который заставляет двигатель использовать ценную энергию, действуя как вакуумный насос. BMW попыталась обойти это на своем M5 с двигателем V-10, у которого были отдельные дроссельные заслонки для каждого цилиндра, расположенные непосредственно перед впускными клапанами. При работе с электронным клапаном можно будет управлять частотой вращения двигателя, регулируя подъем клапана. При частичном открытии дроссельной заслонки, когда требуется меньше воздуха и газа, подъем клапана не будет таким большим. Полный газ достигается, когда педаль газа нажата, отправляя электронный сигнал в ЭБУ, который, в свою очередь, регулирует подъем каждого клапана и открывает его полностью.

Программируемость

Особую категорию ЭБУ составляют программируемые; эти блоки могут быть перепрограммированы пользователем.

При модификации двигателя для включения в него вторичных или обновленных компонентов стандартные ЭБУ могут или не могут обеспечить правильный тип управления для приложений, в которых может использоваться двигатель. Чтобы приспособиться к модификациям двигателя, можно использовать программируемый ЭБУ вместо ЭБУ, поставляемого с завода. Типичные модификации, которые могут потребовать обновления ЭБУ, могут включать турбонаддув, наддув или и то, и другое, безнаддувный двигатель; модернизация системы впрыска топлива или свечей зажигания, модификация или модернизация выхлопной системы, модернизация трансмиссии и т. д. Программирование ЭБУ обычно требует сопряжения блока с настольным или портативным компьютером; этот интерфейс необходим для того, чтобы компьютер программирования мог отправлять полные настройки двигателя в блок управления двигателем, а также отслеживать состояние двигателя в реальном времени. Обычно в этом интерфейсе используются следующие соединения: USB или же серийный.

Изменяя эти значения при мониторинге выхлопных газов с использованием широкого диапазона лямбда-зонд специалисты по настройке двигателей могут определить оптимальный расход топлива в зависимости от оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки. Этот процесс часто выполняется на заводе по производству двигателей. А динамометр обычно находится в этих местах; Эти устройства могут предоставить специалисту по настройке двигателя полезную информацию, такую ​​как частота вращения двигателя, выходная мощность, выходной крутящий момент, события переключения передач и т. д. Специалисты по настройке часто используют динамометрический стенд для уличных и других высокопроизводительных работ.

Параметры настройки двигателя могут включать объем впрыска топлива, дроссель -объем топлива отображение, отображение переключения передач и т. д. Хотя упомянутые параметры являются общими, некоторые ЭБУ могут предоставлять другие переменные, которые программа настройки потенциально может изменить. Эти параметры включают:

  • Анти-лаг
  • Замкнутый цикл Лямбда: позволяет ЭБУ контролировать постоянно установленную лямбда-зонд и изменить заправку для достижения желаемого целевого соотношения воздух / топливо. Часто это стехиометрический (идеальное) соотношение воздух-топливо, которое на традиционных транспортных средствах с бензиновым двигателем составляет 14,7: 1. Это также может быть гораздо более богатое соотношение, когда двигатель находится под высокой нагрузкой, или, возможно, более бедное соотношение, когда двигатель работает в крейсерских условиях с низкой нагрузкой для максимальной эффективность топлива.
  • Управление передачей
  • Время зажигания
  • Контроль запуска
  • Регулятор давления топлива
  • Ограничитель оборотов
  • Поэтапный впрыск топлива
  • Переходная заправка: сообщает ЭБУ добавить определенное количество топлива, когда дроссель применяется. Это называется «ускоренное обогащение».
  • Регулируемая синхронизация кулачка
  • Wastegate контроль
  • Коррекция температуры воды: позволяет добавить дополнительное топливо, когда двигатель холодный, например, при холодном пуске зимой или когда двигатель опасно горячий, чтобы обеспечить дополнительное охлаждение цилиндра (хотя и не очень эффективно, поскольку только в экстренных случаях).

ЭБУ гоночного уровня часто оснащается регистратором данных для записи всех данных датчиков для последующего анализа. Это может быть полезно для определения остановки двигателя, пропусков зажигания или другого нежелательного поведения во время гонки. Регистратор данных обычно имеет емкость от 0,5 до 16 мегабайты.

Для связи с водителем гоночный ЭБУ часто можно подключить к «стеку данных», который представляет собой простую приборную панель, на которой водителю отображаются текущие обороты, скорость и другие основные данные двигателя. Эти стеки данных, которые почти всегда являются цифровыми, взаимодействуют с ЭБУ по одному из нескольких протоколов, включая RS-232 или CANbus. Затем информация передается через интерфейс передачи данных, который обычно находится под рулевой колонкой.

Датчики

Датчики расхода воздуха, давления, температуры, скорости, кислорода в выхлопных газах, * стучать и датчик положения угла поворота коленчатого вала очень важен для датчиков EEMS.

История

Ранние проекты

Одной из первых попыток использования такого унифицированного и автоматизированного устройства для одновременного управления несколькими функциями управления двигателем была Kommandogerät сделано BMW в 1939 г. за свои 801 14-цилиндровый авиационный радиальный двигатель.[3] Это устройство заменило 6 органов управления, используемых для инициирования резкого ускорения, на один элемент управления в самолетах серии 801. Тем не менее, у него были некоторые проблемы: он приводил в движение двигатель, что делало полет в тесном строю Fw 190 (Focke-Wulf Fw 190 Wurger), одноместный одноместный немецкий истребитель, несколько затруднительным, и сначала он включал нагнетатель. резко и беспорядочно переключает передачи, что может привести к чрезвычайно опасному срыву самолета.

Развитие интегральные схемы и микропроцессоры сделали управление двигателем экономически целесообразным в 1970-х годах. В начале 1970-х гг. Японская электронная промышленность начали производить интегральные схемы и микроконтроллеры для управления двигателем в Японские автомобили.[4] В Ford EEC (Электронное управление двигателем), в которой использовалась Toshiba Микропроцессор ТЛКС-12, запущен в серийное производство в 1975 году.[5]

Гибридный цифровой дизайн

Гибридный цифровой или же аналог конструкции были популярны в середине 1980-х годов. При этом использовались аналоговые методы для измерения и обработки входных параметров двигателя, а затем использовались Справочная таблица хранится в цифровом ПЗУ чип для получения предварительно вычисленных выходных значений. Более поздние системы вычисляют эти выходные данные динамически. Тип ROM системы поддается настройка если хорошо знать систему. Недостатком таких систем является то, что предварительно вычисленные значения оптимальны 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 данные от датчиков двигателя в в реальном времени. Электронный блок управления содержит аппаратное и программное обеспечение (прошивка ). Аппаратное обеспечение состоит из электронных компонентов на печатная плата (Печатная плата), керамическая подложка или тонкая слоистая подложка. Основным компонентом этой печатной платы является микросхема микроконтроллера (MCU). Программное обеспечение хранится в микроконтроллере или других микросхемах на печатной плате, обычно в EPROM или же флэш-память поэтому ЦП можно перепрограммировать, загрузив обновленный код или заменив микросхемы. Это также называется (электронной) системой управления двигателем (EMS).

Эталонная архитектура ЭБУ
Эталонная архитектура ЭБУ

Сложные системы управления двигателем получают входные данные из других источников и управляют другими частями двигателя; например, некоторые изменение фаз газораспределения системы имеют электронное управление, и турбокомпрессор воротами для мусора также можно управлять. Они также могут общаться с блоки управления трансмиссией или напрямую интерфейс с электронным управлением автоматические трансмиссии, системы контроля тяги, и тому подобное. В Сеть контроллеров или автомобильная сеть CAN bus часто используется для обеспечения связи между этими устройствами.

Современные ЭБУ иногда включают в себя такие функции, как круиз-контроль, управление трансмиссией, управление противоскользящим тормозом, противоугонное управление и т. д.

Дженерал Моторс «Первые ЭБУ (GM) имели небольшое применение гибридных цифровых ЭБУ в качестве пилотной программы в 1979 году, но к 1980 году все активные программы использовали системы на основе микропроцессоров. Из-за большого увеличения объема ЭБУ, которые были произведены для соответствия требованиям Закон о чистом воздухе Согласно требованиям 1981 года, только одна модель ECU могла быть построена для 1981 модельного года.[6] ЭБУ большого объема, который устанавливался на автомобили GM с первого года выпуска большого объема, 1981 г., был современным микропроцессор основанная система. GM быстро перешла на замену карбюрация с впрыск топлива как предпочтительный способ доставки топлива для производимых им автомобилей. Этот процесс впервые был реализован в 1980 году с впрыском топлива. Кадиллак двигателей, а затем Понтиак 2,5 л I4 "Железный герцог "и Chevrolet 5,7 л V8 L83 Двигатель "Cross-Fire", питающий Chevrolet Corvette в 1982 г. Кадиллак Брум питание от Oldsmobile 5,0 л V8 LV2 двигатель был последним карбюраторным легковым автомобилем, выпущенным для продажи в североамериканский рынок (1992 г. Фольксваген Жук модель с карбюраторным двигателем была доступна для покупки в Мексика но не выставлен на продажу в Соединенные Штаты или же Канада ), а к 1991 году GM был последним из крупнейших автопроизводителей США и Японии, отказавшимся от карбюрации и производившим все свои легковые автомобили исключительно с двигателями с впрыском топлива. В 1988 г. Delco (Подразделение электроники GM) производила более 28 000 ЭБУ в день, что делало ее крупнейшим в мире производителем бортовых компьютеров с цифровым управлением в то время.[7]

Другие приложения

Такие системы используются во многих двигателях внутреннего сгорания в других приложениях. В авиационных приложениях эти системы известны как "FADEC "(Полное цифровое управление двигателем). Этот вид электронного управления менее распространен в легких самолетах и ​​вертолетах с поршневым двигателем, чем в автомобилях. Это связано с общей конфигурацией карбюраторный двигатель с зажигание от магнето система, которая не требует электроэнергии, генерируемой генератор бежать, что считается преимуществом в плане безопасности.[8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Остин, Ян (21.08.2003). «ЧТО ДАЛЬШЕ; вызов на основе чипов для вращающегося распределительного вала автомобиля». Нью-Йорк Таймс. Получено 2009-01-16.
  2. ^ Кассакян, J.G; Wolf, H.-C .; Miller, J.M .; Хертон, Си-Джей (1996). «Автомобильные электрические системы около 2005 года». IEEE Spectrum. 33 (8): 22. Дои:10.1109/6.511737.
  3. ^ Ганстон, Билл (1989). Всемирная энциклопедия авиационных двигателей. Кембридж, Англия: Patrick Stephens Limited. п. 26. ISBN  978-1-85260-163-8.
  4. ^ «Тенденции в полупроводниковой промышленности: 1970-е». Японский музей истории полупроводников. Получено 27 июн 2019.
  5. ^ "1973: 12-разрядный микропроцессор управления двигателем (Toshiba)" (PDF). Японский музей истории полупроводников. Получено 27 июн 2019.
  6. ^ Центр проектов по контролю за выбросами GM - Я был там - GMnext
  7. ^ Журнал Delco Electronics Electron, Наследие Этвуда, весна '89, стр.25
  8. ^ Энциклопедия авиационных знаний пилотов. Федеральная авиационная администрация.
  9. ^ "SECU3 ЭБУ с открытым исходным кодом".SECU-3

внешняя ссылка