Адаптация двигателей легковых автомобилей

Адаптация двигателей легковых автомобилей

 

Термин «адаптация» в данном случае означает приведение параметров дизеля в соответствие требованиям конкретного автомобиля с заданными эксплуатационными характеристиками (например, дорожная или внедорожная эксплуатация). В некоторых случаях вместо понятия адаптация используется также понятие приспособление. При этом важную роль играет адаптация системы впрыска, особенно — электронной системы tуправления работой дизеля.

Для легковых автомобилей сегодня разрабатываются лишь дизели с непосредственным впрыском топлива.  Все они должны соответствовать действующим с 2000 г. нормам Евро 3 на состав отработавших газов. Соответствие ожесточающимся требованиям к комфорту езды возможно только с использованием дорогих электронных систем регулирования. Это позволяет обеспечивать соответствие тысяч параметров (до 6000 значений в современных поколениях электронных систем). Параметры соответствия подразделяются на:

  • Отдельные характеристики (например, уровни температуры для активизации действий);
  • Большие поля характеристик (двухмерные) или объемные характеристики (многомерные, например, момент начала впрыскивания tE как функция частоты и вращения коленчатого вала, величины тс цикловой подачи топлива и момента начала подачи топлива).

 

В электронных системах возможности оптимизации параметров стали настолько большими, что степень оптимизации ограничивается лишь необходимыми затратами времени, персонала и средств на подгонку и проверку всех функций и их взаимодействий.

 

Области адаптации

 

Адаптация устройств

 

Пример HTML-страницы

При адаптации дизеля легкового автомобиля камера сгорания ТНВД или форсунки изменяются таким образом, чтобы в первую очередь достичь требуемых значений мощности и состава отработавших газов. Сначала адаптация происходит во время стендовых испытаний. Поскольку на испытательном моторном стенде возможны динамические тесты, двигатель и система впрыска дополнительно оптимизируются между собой.

 

Адаптация программного обеспечения

 

В блок управления, в соответствии с установленными устройствами, вводится программное обеспечение, которое затем подстраивается для лучшего осуществления смесеобразования или управления сгоранием. Например, определяются и программируются поля характеристик для момента начала впрыскивания, степени рециркуляции отработавших газов и давления наддува. Эти работы также проводятся на испытательном моторном стенде.

 

Адаптация транспортного средства

 

После того как получены данные первых испытаний транспортного средства, следует адаптация всех параметров, влияющих на ездовые качества. В этой третьей области адаптации происходит основное приспособление к конкретному транспортному средству, что осуществляется преимущественно на опытных автомобилях (рис. «Адаптация автомобилей с помощью компьютера стала стандартом»).

 

Адаптация автомобилей с помощью компьютера стала стандартом

Рис. Адаптация автомобилей с помощью компьютера стала стандартом

 

Взаимодействия трех областей

 

Для того чтобы вышеперечисленные области адаптации не блокировали друг друга, циклы испытаний повторяются с учетом новых данных. Кроме того, все работы по адаптации следует проводить параллельно на автомобиле и на испытательном моторном стенде.

Например, для того чтобы при малой нагрузке уменьшить уровень эмиссии NOx, стремятся получить очень высокую степень рециркуляции ОГ. Вследствие этого при разгоне автомобиля может получаться недостаточная приемистость двигателя. Чтобы достичь хорошего ускорения, нужно при подготовке программного обеспечения скорректировать определенные на стенде параметры эмиссии отработавших газов. При этом, возможно, возникнут ухудшения параметров эмиссии отработавших газов в одной рабочей области адаптации, что нужно будет компенсировать в других областях.

В описанном примере показано принципиальное различие между разными целевыми направлениями: с одной стороны, должны исполняться «жесткие» экологические требования (например, законодательно предписанные предельные значения уровня эмиссии отработавших газов); с другой стороны, существуют «мягкие» требования, которые, скорее, нужно отнести к направлениям «комфорт» и «спортивность» (ездовые качества, уровень шума и т. д.). Последние могут привести к противоположным выводам. При этом компромисс между различными целевыми установками дает производителю транспортного средства возможность повлиять на параметры, специфичные для конкретного транспортного средства.

 

Адаптация к различным условиям окружающей среды

 

Параметры регуляторов и прочие величины, влияющие на работу дизеля, должны быть рассчитаны на разные условия работы дизеля. Так, например, для регулирования параметров холостого хода имеются различные наборы данных для каждой отдельной передачи (всего свыше 50 сочетаний), а также для:

  • Стоящего или движущегося транспортного средства;
  • Прогретого или холодного двигателя;
  • Отключенной или включенной коробки передач.

 

Электронная система управления дизелем реализует функции адаптации к экстремальным условиям окружающей среды. Они должны быть подтверждены специальными испытаниями:

  • На холоде до -25°С;
  • При жаре до +40°С;
  • На большой высоте над уровнем моря или при низкой плотности воздуха;
  • При комбинации жары или холода с большой высотой над уровнем моря, например, при поездках по перевалам с прицепом.

 

Для холодного пуска должны производиться специальные исследования по подбору величины подачи топлива и момента начала впрыскивания в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Дополнительно необходимо управлять работой свечей накаливания. При трогании с места с холодным двигателем на большой высоте над уровнем моря создаваемый двигателем эффективный момент трогания совсем незначителен. При некоторых условиях нагрузка генератора на этот короткий момент снимается электронным блоком, так как иначе «расходовалась» бы значительная доля крутящего момента двигателя. Это особенно важно для автомобилей с автоматической коробкой передач, поскольку без достаточного крутящего момента на колесах было бы невозможно тронуться с места.

 

Этапы работы по адаптации регулятора частоты вращения

Рис. Этапы работы по адаптации регулятора частоты вращения

 

Адаптация двигателей с турбонаддувом к высоте над уровнем моря требует, например, установки ограничителя давления воздуха во впускном трубопроводе в зависимости от давления окружающей среды, гак как иначе турбокомпрессор может разрушиться от «перекручивания».

 

Дальнейшая адаптация

 

Функции защиты

 

Наряду с основными функциями по поддержанию требуемых уровня эмиссии отработавших газов, мощности двигателя и комфорта, нужно настраивать также защитные функции (например, поведение дизеля при выходе из строя датчиков или исполнительных механизмов), которые служат в первую очередь для того, чтобы привести транспортное средство в безопасное для водителя состояние и гарантировать надежность эксплуатации.

 

Коммуникации

 

Имеются многочисленные функции, при которых требуется связь блока управления работой дизеля с другими бортовыми системами автомобиля (например, с противобуксовочной системой). Для этого применяется специальная кодировка для передачи входных и выходных величин, которые должны рассчитываться и кодироваться в соответствующей форме.

 

 

Примеры адаптации

 

Начиная с 1986 г., после появления электронных систем управления работой дизеля, значительно расширились возможности оптимизации, особенно в отношении параметров комфорта. Появилось множество функции программного обеспечения, которые должны быть специально приспособлены под каждую модель автомобиля, например, функция регулятора частоты вращения коленчатого вала). Вот несколько примеров.

 

Регулирование режима холостого хода

 

Пример HTML-страницы

Ограничивает частоту вращения коленчатого вала при отпущенной педали газа. Установка этого режима должна безупречно обеспечиваться на всех режимах работы дизеля. Очень важно, например, обеспечить движение автомобиля на всех передачах при отпущенной педали газа, что особенно актуально при наличии обычного двух-массового маховика из-за очень сложного характера крутильных колебаний всей трансмиссии.

Сначала создают аналитическое описание (т.е. измерение поведения объекта регулирования, математическое описание объекта управления и определение параметров регулирования). Затем следуют обширные дорожные испытания, во время которых возможно «зависание» электронной системы. Например, так называемый «конфликт задач» может наступить при активном демпфировании рывков трансмиссии, которое способно препятствовать быстрому гашению колебаний частоты вращения коленчатого вала или нагрузки на двигатель.

Для уменьшения различных «конфликтов» в некоторых случаях применяется активная подвеска дизеля, управляемая собственной электронной системой. Она позволяет обеспечить очень мягкую подвеску на режиме холостого хода и жесткую — под нагрузкой.

 

Регулирование плавности работы дизеля

 

Обеспечивает равномерную подачу топлива во все цилиндры, улучшая вдобавок и уровень эмиссии отработавших газов. При определенных обстоятельствах, например, при очень высоких или низких температурах окружающей среды, если сильно изменяются демпфирующие свойства ременного привода вспомогательных агрегатов, могут возникнуть колебания частоты вращения коленчатого вала. В зависимости от возникающей частоты колебаний, регулирование плавности работы дизеля сводится к попыткам выровнять их соответствующими изменениями величины цикловой подачи топлива, индивидуальными для каждого цилиндра. При неблагоприятных условиях решение этой задачи может ухудшить состав отработавших газов или способствовать еще большей неравномерности вращения коленчатого вала, поэтому отработка этой функции электронного управления должна быть проведена на всех режимах работы дизеля.

 

Регулирование давления наддува

 

Почти все выпускающиеся для легковых автомобилей дизели с системой непосредственного впрыска топлива снабжены нагнетателями воздуха. На большинстве этих двигателей электронная система обеспечивает регулирование давления наддува. Цель — быстрое обеспечение необходимого давления наддува и надежная защита двигателя (например, устранение избыточного давления во впускном трубопроводе и соответственно недопустимо высокого давления в цилиндрах двигателя).

 

Регулирование рециркуляции отработавших газов

 

Пример HTML-страницы

Является стандартной функцией «легковых» дизелей с системой непосредственного впрыска топлива. Как уже говорилось, это вместе с регулированием давления наддува оказывает существенное влияние на поступающее в двигатель количество воздуха. Чтобы обеспечить бездымное сгорание с малым содержанием NОx, состав топливовоздушной смеси, в зависимости от режима работы дизеля, должен точно соответствовать заданному. Сначала параметры рециркуляции определяются при стационарных режимах на моторном испытательном стенде. После этого задачей регулирования является соблюдение этих значений в дорожных условиях при отсутствии отрицательного влияния на динамические качества двигателя.

 

Пример HTML-страницы
Пример HTML-страницы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *