Оптимальное управление двигателем в поле эксплуатационных режимов

Программные системы обычно воздействуют на дозирование топлива (цикловую подачу топлива) и угол опережения зажигания. При этом система топливопитания может быть оборудована как карбюратором, так и аппаратурой впрыскивания топлива. Описанная система постоянно устанавливает исполнительные элементы в положение, соответствующее приготовлению более выгодного состава смеси.

Значительно больший эффект от оптимального управления возможен при применении вместо карбюратора более сложной аппаратуры для впрыскивания топлива.

Система впрыскивания топлива в бензиновых двигателях уже сама по себе позволяет уменьшить неравномерность распределения смеси по циклам и цилиндрам, дает возможность снизить гидравлическое сопротивление впускного тракта и температуру заряда, а также несколько повысить степень сжатия, что в комплексе обеспечивает повышение мощности двигателя до 10 . 15%.

В сочетании с электронным управлением впрыскивание топлива дает дополнительный выигрыш в эффективности энергопреобразования, в связи с чем этим системам в настоящее время уделяется серьезное внимание.

Рис. 1.2.1. Схемы систем оптимального управления двигателем: а - программное управление; б - адаптивное управление

1 - датчики; 2 - электронный блок управления; 3 - исполнительные устройства; φкв - угол поворота коленчатого вала; φдр - угол открытия дроссельной заслонки; GB - расход воздуха; Тож - температура охлаждающей жидкости; То - температура окружающей среды; gu - цикловая подача топлива; θз- угол опережения зажигания; ДД - датчик детонации; ДО2 кислородный датчик; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ПЗУ - постоянное запоминающее устройство; ЭБУ - электронный блок управления

Существуют и более сложные образцы двигателей, в которых электроника, кроме перечисленных параметров, автоматически регулирует частоту вращения коленчатого вала двигателя, температуру охлаждающей жидкости, температуру воздуха в салоне автомобиля, предотвращает детонацию, управляет работой коробки передач и т.д.

В ряде опытных образцов в число оптимизируемых параметров включаются управляемые фазы газораспределения и регулирование турбонаддува.

Однако программное управление, несмотря на его постоянное усложнение за счет включения в состав обрабатываемой информации все большего числа параметров, не обеспечивает в полной мере действительно оптимального управления. Поэтому в последние годы внимание ученых и конструкторов привлекают адаптивные системы.

Идея таких систем заключается в том, что в качестве оптимизируемых принимается ограниченное количество параметров, непосредственно характеризующих эффективность энергопреобразования. В полной мере этой идее отвечала бы такая система, в которой измеряются и оптимизируются такие показатели энергопреобразования, как крутящий момент и удельный расход топлива. Однако попытки создания подобных систем показали, что измерение и экстремальное управление этими параметрами представляет собой чрезвычайно сложную техническую задачу, в связи с чем, она пока получает частичное решение.

Одним из распространенных способов осуществления адаптивного принципа управления является управление топливоподачей по отклонению состава горючей смеси, приготавливаемой карбюратором или системой впрыскивания топлива, от стехиометрического (рис. 1.2.1, б). Эти отклонения регистрируются по содержанию свободного кислорода в отработавших газах с помощью кислородного преобразователя (датчика), называемого λ-зондом.

Относительно новым подходом к управлению двигателями с принудительным воспламенением является качественное или смешанное регулирование мощности. Применение качественного регулирования предусматривает изменение мощности только за счет соответствующего изменения подачи топлива без дросселирования потока воздуха на впуске. В этом варианте при уменьшении нагрузки не увеличиваются насосные потери и не возрастает коэффициент остаточных газов, повышаются давление и температура в конце сжатия, что в целом создает предпосылки для повышения эффективности энергопреобразования.